DE60131565T2 - PLASMA REDUCTION PROCESSING OF MATERIALS - Google Patents

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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B4/00Electrothermal treatment of ores or metallurgical products for obtaining metals or alloys
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    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00General methods of reducing to metals
    • C22B5/02Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft die chemische Bearbeitung von Materialien in einer Plasmaumgebung und insbesondere betrifft sie pyrometallurgische Reduktionsprozesse in einer Plasmaumgebung.The The present invention relates to the chemical processing of materials in a plasma environment and in particular it relates to pyrometallurgical Reduction processes in a plasma environment.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL PRIOR ART

Die pyrometallurgische Reduktion von metallhaltigen Erzen und Konzentraten beinhaltet normalerweise das Erhitzen von dem Erz oder dem Konzentrat mit einem Reduktionsmittel in einem Schmelzofen auf eine Temperatur, bei der üblicherweise das Erz schmilzt und bei der eine chemische Reaktion von dem Erz/Konzentrat mit dem Reduktionsmittel das Erz/Konzentrat zu einem metallischen Produkt oder zu einem höherwertigen Endprodukt mit einem niedrigeren Oxidationszustand reduziert. Es werden große Mengen an Energie benötigt, um die Reduktionsprozesse in derartigen Schmelzöfen zu starten und aufrecht zu halten und die Rückgewinnungsrate von metallischen Produkten macht derartige Prozesse kommerziell oftmals nicht lebensfähig. Die nicht reduzierten Komponenten von dem Erz/Konzentrat bilden eine Schlacke, die häufig einen wertvollen Metallgehalt enthält. Die Rückgewinnung von dem Metallgehalt derartiger Schlacken ist jedoch wieder oftmals durch konventionelle Verfahren kommerziell undurchführbar.The Pyrometallurgical reduction of metal-containing ores and concentrates usually involves heating of the ore or concentrate with a reducing agent in a melting furnace to a temperature at the usual the ore melts and during a chemical reaction of the ore / concentrate with the reducing agent, the ore / concentrate to a metallic product or to a higher value Reduced final product with a lower oxidation state. It be great Needed amounts of energy, to start and sustain the reduction processes in such furnaces to keep and the recovery rate of metallic products makes such processes commercial often not viable. The unreduced components of the ore / concentrate form one Slag that often contains a valuable metal content. The recovery of the metal content However, such slags is often again by conventional Process commercially unfeasible.

Mikrowellenbestrahlung ist in verschiedenen industriellen Anwendungen als Einsatz an Energie zum Erhitzen von Metall verwendet worden, einschließlich der Mikrowellenerhitzung von chemischen Ausgangsstoffen zur kinetischen und thermodynamischen Stimulation derselben für die Aktivierung von chemischen Reaktionen. Die Behandlung von metallhaltigen Erzen und anderen vergleichbaren Materialien mit Mikrowellen ist als eine intensive Vorstufen-Bearbeitung angewendet worden, wobei Energie auf das Erz angewendet wird, um es thermodynamisch zu stimulieren und es für konventionelle Rückgewinnungstechniken wie beispielsweise die konventionelle pyrometallurgische Reduktion, das Auslaugen oder die hydrometallurgischen Rückgewinnungsprozesse vorzubereiten.microwave irradiation is used in various industrial applications as an energy use Heating of metal has been used, including microwave heating from chemical precursors to kinetic and thermodynamic Stimulation of the same for the activation of chemical reactions. The treatment of metal-containing Ores and other comparable materials with microwaves been used as an intensive pre-processing, using energy applied to the ore to thermodynamically stimulate it and it for conventional recovery techniques such as conventional pyrometallurgical reduction, to prepare the leaching or hydrometallurgical recovery processes.

Die Veröffentlichung "Non-Equilibrium Plasma Processing of Ores" von D. E. Bullard, D. C. Lynch und W. G. Davenport, veröffentlicht in Thermal Plasma Applications in Materials and Metallurgical Processing, the Minerals, Metals and Materials Society, 1992 , legt die Verwendung von einem durch Mikrowellen induzierten Plasma in der Reduktionsbearbeitung von metallhaltigen Erzen offen. Der beschriebene Prozess benötigt jedoch ein extern angelegtes Gleichstromfeld, damit die Reduktion stattfinden kann. Ferner wird der beschriebene Prozess bei sehr niedrigen Drucken zwischen 0,4 und 36 Torr durchgeführt.The publication DE Bullard's "Non-Equilibrium Plasma Processing of Ores", DC Lynch and WG Davenport, published in Thermal Plasma Applications in Materials and Metallurgical Processing, the Minerals, Metals and Materials Society, 1992 discloses the use of a microwave-induced plasma in the reduction processing of metal-containing ores. However, the process described requires an externally applied DC field for the reduction to take place. Further, the described process is performed at very low pressures between 0.4 and 36 Torr.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes pyrometallurgisches Reduktionsverfahren bereitzustellen.It The object of the present invention is an improved pyrometallurgical To provide reduction process.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION

In einer umfassenden Form stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren für die Reduktion von einem metallhaltigen Erz oder Konzentrat bereit, das folgende Schritte umfasst:
Aufbereiten des Erzes oder des Konzentrates in einer partikelförmigen Form,
Beschicken von einer Reaktionskammer mit dem Erz oder dem Konzentrat, einem Reduktionsmittel und einem Ein gangsgas,
Bestrahlen der genannten Reaktionskammer mit elektromagnetischer Strahlung innerhalb eines Frequenzbereichs von 30 MHz bis 300 GHz, bis ein Plasma im Nichtgleichgewichtszustand angeregt wird, und
Halten und Regulieren des genannten Plasmas im Nichtgleichgewichtszustand mit der genannten Strahlung, bis das genannte Erz oder Konzentrat reduziert ist, um ein Reduktionsprodukt zu erzeugen.
In a broad aspect, the present invention provides a process for the reduction of a metal-bearing ore or concentrate comprising the steps of:
Preparing the ore or concentrate in a particulate form,
Charging a reaction chamber with the ore or concentrate, a reducing agent and an input gas,
Irradiating said reaction chamber with electromagnetic radiation within a frequency range of 30 MHz to 300 GHz until a plasma is excited in the non-equilibrium state, and
Maintaining and regulating said plasma in the nonequilibrium state with said radiation until said ore or concentrate is reduced to produce a reduction product.

Der Druck innerhalb der genannten Reaktionskammer wird während der Bestrahlung davon oberhalb von 40 kPa und unterhalb von 300 kPa gehalten.Of the Pressure within said reaction chamber is during the Irradiation thereof above 40 kPa and below 300 kPa held.

Das Reduktionsmittel enthält ein kohlenstoffhaltiges Material.The Contains reducing agent a carbonaceous material.

In einigen Ausführungsformen wird der Druck etwa auf Atmosphärendruck gehalten.In some embodiments the pressure is about at atmospheric pressure held.

Das Plasma kann in dem Eingangsgas angeregt werden.The Plasma can be excited in the input gas.

Wahlweise oder zusätzlich kann mindestens ein Anteil von dem Eingangsgas während der Bestrahlung zerfallen, wobei das Plasma wenigstens teilweise in dem Zerfallsprodukt von dem genannten Eingangsgas angeregt wird.Optional or additionally at least a portion of the input gas may decay during irradiation, wherein the plasma is at least partially present in the decomposition product of the said input gas is excited.

Das Reduktionsmittel kann ein mit dem Erz oder dem Konzentrat gemischtes partikuläres, kohlenstoffhaltiges Material enthalten.The Reducing agent may be one mixed with the ore or concentrate particulate, contain carbonaceous material.

Das Reduktionsmittel kann Kohlenmonoxidgas enthalten, wobei das Eingangsgas das Kohlenmonoxidgas enthält, wobei das Plasma wenigstens teilweise in dem Kohlenmonoxidgas angeregt wird.The Reducing agent may include carbon monoxide gas, with the input gas contains the carbon monoxide gas, wherein the plasma is at least partially excited in the carbon monoxide gas becomes.

Das Reduktionsmittel kann Kohlenmonoxidgas und ein partikuläres, kohlenstoffhaltiges Material enthalten.The Reducing agent can be carbon monoxide gas and a particulate, carbonaceous Material included.

Alternativ dazu kann das Reduktionsmittel ferner ein reaktives Metall enthalten.alternative For this purpose, the reducing agent may further contain a reactive metal.

Das Eingangsgas kann ein Inertgas enthalten.The Input gas may contain an inert gas.

Das Inertgas kann Argon oder Stickstoff umfassen.The Inert gas may include argon or nitrogen.

Das Eingangsgas kann Luft umfassen.The Input gas may include air.

Das Reduktionsmittel kann Methan enthalten.The Reducing agent may contain methane.

Vorzugsweise ist die Strahlung eine Mikrowellenstrahlung.Preferably the radiation is microwave radiation.

Das Erz oder das Konzentrat können ein Konzentrat sein, das unmittelbar von abgebautem Erz abgeleitet ist.The Ore or the concentrate can a concentrate derived directly from mined ore is.

Wahlweise können das Erz oder das Konzentrat ein Konzentrat sein, das nicht unmittelbar von abgebautem Erz abgeleitet ist. Said non-ore concentrate may be a residue derived, waste derived or mining derived concentrate, such as from mine tailings or concentrator residue.Optional can the ore or concentrate is a concentrate that is not immediate derived from mined ore. Said non-ore concentrate may be derived derived, waste derived or mining derived concentrate, Such as from mine tailings or concentrator.

Das Erz oder Konzentrat können als ein Konzentrat in der Form eines von metallurgischen Bearbeitungsprozessen abgeleiteten Rückstandes vorliegen, wie beispielsweise einer Schlacke, einer Aufschlämmung oder Schlamm, die aus metallurgischen Bearbeitungsprozessen abgeleitet sind. Derartige Rückstände können aus pyrometallurgischen, hydrometallurgischen, chemometallurgischen oder elektrometallurgischen Bearbeitungsabschnitten während der ersten, zweiten und/oder dritten Stufen der metallurgischen Bearbeitungsprozesse erhalten worden sein.The Ore or concentrate can as a concentrate in the form of one of metallurgical machining processes derived residue be present such as a slag, a slurry or Sludge derived from metallurgical machining processes are. Such residues can pyrometallurgical, hydrometallurgical, chemometallurgical or electrometallurgical processing sections during the first, second and / or third stages of the metallurgical machining processes have been obtained.

Die Reaktionskammer kann in der Form von einem Wirbelschichtreaktor vorliegen.The Reaction chamber may be in the form of a fluidized bed reactor available.

Die Reaktionskammer kann wahlweise in der Form von einem Ofen vorliegen, wobei das Erz oder das Konzentrat in einen Schmelztiegel geladen wird, der in dem Ofen platziert ist.The Reaction chamber may optionally be in the form of an oven, wherein the ore or concentrate is loaded into a crucible which is placed in the oven.

Die Reaktionskammer kann in der Form von einem Drehofenreaktor vorliegen.The Reaction chamber may be in the form of a rotary kiln reactor.

Die Reaktionskammer kann in der Form von einem Zyklonreaktor vorliegen.The Reaction chamber may be in the form of a cyclone reactor.

Die Reaktionskammer kann in der Form von einem Förderer-gespeisten Reaktor vorliegen.The Reaction chamber may be in the form of a conveyor fed reactor.

In einem derartigen Förderer-gespeisten Reaktor wird das Erz oder das Konzentrat vorzugsweise zu einer pelletisierten partikulären Form vorbereitet.In such a conveyor-fed Reactor, the ore or concentrate is preferably pelletized particulate Form prepared.

Vorzugsweise liegt das Reduktionsprodukt in metallischer Form vor.Preferably the reduction product is in metallic form.

Das metallische Reaktionsprodukt kann in der Form von Dampf vorliegen, wobei der genannte Dampf aus der Reaktionskammer abgezogen und von den Gasen abgeschieden wird, die während der genannten Reduktion erzeugt werden.The metallic reaction product may be in the form of vapor, wherein said vapor withdrawn from the reaction chamber and from the gases are separated during the said reduction be generated.

Wahlweise ist das Reduktionsprodukt eine Verbindung in einem reduzierten Oxidationszustand.Optional For example, the reduction product is a compound in a reduced oxidation state.

Das Reduktionsprodukt kann durch Reduktion des Erzes oder des Konzentrats durch eine Reihe von nachfolgenden Reduktionsreaktionen gebildet werden.The Reduction product may be by reduction of the ore or concentrate be formed by a series of subsequent reduction reactions.

Das Verfahren kann den Schritt des Erzeugens von Kohlenmonoxid beinhalten, wobei das genannte Plasma wenigstens teilweise in dem Kohlenmonoxid angeregt und gehalten wird.The Method may include the step of generating carbon monoxide, wherein said plasma is at least partially in the carbon monoxide is stimulated and held.

Wenn das Eingangsgas Luft enthält und das Reduktionsmittel partikuläres, kohlenstoffhaltiges Material enthält, kann das Kohlenmonoxid durch die Reaktion von dem Sauerstoff in der Luft mit dem partikulären, kohlenstoffhaltigen Material erzeugt werden.If the input gas contains air and the reducing agent is particulate carbonaceous material contains can the carbon monoxide by the reaction of the oxygen in the air with the particulate, carbonaceous material are generated.

Alternativ oder zusätzlich kann, wenn das Eingangsgas Luft enthält und das Reduktionsmittel partikuläres, kohlenstoffhaltiges Material enthält, das Kohlenmonoxid durch die Reaktion von dem Kohlendioxid, welches während der Reduktion mit dem partikulären, kohlenstoffhaltigen Material hergestellt wird, erzeugt werden.alternative or additionally can, if the input gas contains air and the reducing agent particulate, carbonic Contains material, the carbon monoxide by the reaction of the carbon dioxide, which while the reduction with the particulate, carbonaceous material is produced.

Anderenfalls oder zusätzlich kann das partikuläre, kohlenstoffhaltige Material in die Reaktionskammer nach dem Anregen von dem Plasma eingeleitet werden, wobei das Kohlenmonoxid durch die Reaktion von dem während der Reduktion produzierten Kohlendioxid und/oder mit dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff, wenn das Eingangsgas Luft enthält, mit dem eingeleiteten partikulären, kohlenstoffhaltigen Material erzeugt wird.Otherwise, or additionally can the particulate, Carbonaceous material in the reaction chamber after stimulation be initiated by the plasma, wherein the carbon monoxide by the reaction of that during The reduction produced carbon dioxide and / or with the in the Air containing oxygen, if the input gas contains air, with the initiated particulate, carbonaceous material is generated.

Vorzugsweise wird das Erz oder das Konzentrat während der genannten Reduktion und während des Kühlens des Reduktionsproduktes nach der Bestrahlung von der genannten Reaktionskammer von einer nicht-oxidierenden oder Inertgasumgebung umhüllt.Preferably becomes the ore or concentrate during the mentioned reduction and while of cooling of the reduction product after irradiation from said reaction chamber of enveloped in a non-oxidizing or inert gas environment.

Vorzugsweise wird das genannte nicht-oxidierende oder Inertgas während des Kühlens in die genannte Reaktionskammer eingeleitet.Preferably is said non-oxidizing or inert gas during the cooling introduced into said reaction chamber.

In einer Ausführungsform wird das Eingangsgas während des Bestrahlungsschrittes durch das Erz oder Konzentrat hindurchgeleitet.In an embodiment the input gas is during the irradiation step passed through the ore or concentrate.

Vorzugsweise wird das Eingangsgas aufwärts durch das Erz oder das Konzentrat geblasen.Preferably the input gas goes up blown through the ore or concentrate.

Vorzugsweise wird das Eingangsgas vor dem Laden in die Reaktionskammer vorerhitzt.Preferably the input gas is preheated prior to loading into the reaction chamber.

Es ist eine übliche Auffassung gewesen, dass die Erzeugung von Plasmen während der chemischen Mikrowellenbearbeitung von Materialien, und insbesondere während der pyrometallurgischen Reduktion von metallhaltigen Erzen oder Konzentraten, schädlich für die Prozesssystemhardware und die Diagnoseeinrichtungen für Überwachung und Regelung und entsprechend ist es typisch für derartige Prozesse, dass sie in einer Art und Weise kontrolliert werden, um ausdrücklich die Erzeugung von Plasma zu vermeiden.It is a common one Conception that the production of plasmas during the chemical microwave processing of materials, and in particular while the pyrometallurgical reduction of metal-containing ores or Concentrates, harmful for the Process system hardware and diagnostic devices for monitoring and regulation and accordingly it is typical of such processes that they are controlled in a way that expressly the Avoid generation of plasma.

Die Reaktionsgeschwindigkeiten können jedoch mit einer oder mehreren Größenordnungen bei der Plasmaprozessierung ansteigen. Ein Plasma ist eine Mischung aus angeregten Molekülen, Atomen, Ionen, Elektronen und rekombinierten Partikeln in einem im Grundstadium befindlichen Wirtsgas. Mit den hohen Partikelenergien, welche für derartige Komponenten kennzeichnend sind, unterscheidet sich das physikalische und chemische Verhalten von diesen Komponentenpartikeln ausgesprochen von den äquivalenten Partikeln „im Grundzustand".The Reaction speeds can but with one or more orders of magnitude in plasma processing increase. A plasma is a mixture of excited molecules, atoms, ions, Electrons and recombined particles in one at baseline host gas. With the high particle energies, which for such Characteristic components are different, the physical and pronounced chemical behavior of these component particles from the equivalent Particles "im Ground state ".

In pyrometallurgischen Prozessen, welche in einer Plasmaumgebung durchgeführt werden, existiert eine Vorherrschaft der Reaktionschemie, die an der Grenzfläche Plasma-Feststoff oder Plasma-Flüssigkeit stattfindet. Während dieses Merkmal charakteristisch für pyrometallurgische Prozesse im Allgemeinen ist, sind die Reaktionsgeschwindigkeiten über diese Grenz flächen durch die Plasmachemie außerordentlich erhöht, mit einer Fülle an hochenergetisierten reaktiven Spezies.In pyrometallurgical processes, which are carried out in a plasma environment, There is a predominance of reaction chemistry at the plasma-solid interface or plasma fluid takes place. While this characteristic is characteristic of pyrometallurgical processes In general, the reaction rates are above this Border areas extraordinary by the plasma chemistry elevated, with a wealth on highly energized reactive species.

Plasmen, die bei „hohen" Drücken angeregt und gehalten werden, weisen eine annähernde Gleichwertigkeit der Temperatur zwischen Elektronen und schweren Partikeln (Ionen, Atome, angeregte Moleküle) auf. Dementsprechend werden diese Plasmen Gleichgewichts-Plasmen genannt, da hier ein (annähernd) thermales Gleichgewicht zwischen den Partikeln vorliegt. Dies zeigt sich insbesondere bei höheren Drücken, da die hohe Dichte an Partikeln eine gesteigerte Häufigkeit der Kollision zwischen den Partikeln bereitstellt, wobei die Energie relativ gleichförmig zwischen den Partikeln verteilt wird, was eine konstante Haupttemperatur durchgehend in der Partikelspezies von dem Plasma bereitstellt. Aufgrund der Hochenergiedichten (thermale Masse), sind Gleichgewichtsplasmen gewöhnlich als Vorstufen-Verfahren in der Materialbearbeitung wegen ihrer Fähigkeit feste Materialien zu Erhitzen, zu Sintern, zu Schmelzen oder zu Verdampfen verwendet worden. Dies sind alles im Wesentlichen physikalische Prozesse, die lediglich den Vorteil der physikalischen thermalen Kinetiken (Eigenschaften) von dem Gleichgewichtsplasma wahrnehmen.plasmas, the excited at "high" pressures and held to have an approximate equivalence the temperature between electrons and heavy particles (ions, Atoms, excited molecules) on. Accordingly, these plasmas are called equilibrium plasmas, here's one (approximately) thermal equilibrium exists between the particles. this shows especially at higher levels To press, because the high density of particles an increased frequency the collision between the particles provides, with the energy relatively uniform is distributed between the particles, giving a constant main temperature throughout in the particle species of the plasma. Due to the high energy densities (thermal mass), are equilibrium plasmas usually as a precursor process in materials processing because of their ability solid materials for heating, sintering, melting or to Evaporation has been used. These are all essentially physical Processes that merely have the advantage of physical thermal Perceive kinetics (properties) of the equilibrium plasma.

Plasmen im Nichtgleichgewichtszustand, die eher kennzeichnend sind für Niedrigdruckumgebungen, sind durch eine Nichtgleichwertigkeit der Partikeltemperatur gekennzeichnet, wobei die „Temperatur" der Elektronen bei weitem die Temperaturen von den schwereren Partikeln übersteigt. 1 veranschaulicht bildlich die Trennung der Temperaturen der Elektronen und den schwereren Partikel bei niedrigen Drücken, sowohl mit konventionellen Plasmen als auch mit Plasmen, die durch Mikrowellen-(oder RF-)Strahlung stimuliert wurden. Es ist hier zu sehen, dass bei höheren Drücken die Temperaturen der Elektronen und der schwereren Partikel zusammenfließen. Bei einem Plasma im Nichtgleichgewichtszustand können das physikalische und das chemische Verhalten von den Komponentenpartikeln tief greifend zu dem in der äquivalenten Grundzustandsumgebung unterschiedlich sein. Bei einem Plasma im Nichtgleichgewichtszustand, wobei die verschiedenen Partikelspezies sich mit unterschiedlichen Energien bewegen, wird die Messung einer derartigen Energie, die typischerweise in der Form von einer „Temperatur" gemessen wird, sehr stark zwischen den Spezies und zwischen den Partikeln in jeder Speziespopulation variieren. Dies wird offensichtlich, wenn die „Temperatur", eine Messgröße der thermischen Energie, durch ein Ablesen des Mittelwertes unter Herausmitteln der Elektronenspannungen (Temperaturäquivalente) von Partikeln, die keine Korrektur für die „thermische Masse" haben, erhalten wird. Dementsprechend wird die Temperatur von dem Plasma selbst bedeutungslos, da Partikel-„Temperaturen" vielleicht mit vier Größenordnungen variieren und die „Haupt"-Temperaturmessungen des Plasmas durch verschiedene Verfahren sich durch eine Größenordnung unterscheiden.Non-equilibrium plasmas, which are more indicative of low pressure environments, are characterized by non-equivalency of particle temperature, with the "temperature" of the electrons far exceeding the temperatures of the heavier particles. 1 Illustratively illustrates the separation of the temperatures of the electrons and the heavier particles at low pressures, both with conventional plasmas and with plasmas stimulated by microwave (or RF) radiation. It can be seen here that at higher pressures the temperatures of the electrons and the heavier particles flow together. For a non-equilibrium plasma, the physical and chemical behaviors of the component particles may be substantially different than those in the equivalent ground state environment. For a non-equilibrium plasma with the different particle species moving at different energies, the measurement of such energy, typically measured in the form of a "temperature", will vary widely between species and between particles in each species population. This becomes apparent when the "temperature", a measure of thermal energy, is obtained by reading the average, taking out the electron voltages (temperature equivalents) of particles having no correction for the "thermal mass." Accordingly, the temperature of the plasma itself is meaningless, as particle "temperatures" may vary with four orders of magnitude and the "main" temperature measurements of the plasma differ by an order of magnitude by different methods.

Die Leistungsfähigkeit der Bearbeitung von Plasmen im Nichtgleichgewichtszustand bei niedrigem Druck wird eher durch die Reaktivität der vorhandenen chemisch reaktiven Spezies bestimmt als von der Gesamtenergie, die im Plasma verfügbar ist. Diese Reaktivität macht die Plasmen im Nichtgleichgewichtszustand eher geeignet für Systeme, die von den chemischen Kinetiken der chemischen Reaktionen abhängig sind, wie die von der vorliegenden Anmeldung, als die Gleichgewichts-Plasmen, die, wie vorangehend diskutiert, hauptsächlich in physikalischen Prozessen verwendet worden sind.The performance of processing non-equilibrium plasmas at low pressure is determined more by the reactivity of the existing chemically reactive species than by the total energy available in the plasma. This reactivity makes the non-equilibrium plasmas more suitable for systems that depend on the chemical kinetics of the chemical reactions, such as those of the present application, than the equilibrium plasmas, such as previously discussed, have been used primarily in physical processes.

Die Form von dem Diagramm in 1 wird von verschiedenen Parametern abhängen, einschließlich der Gaszusammensetzung, der Ionisierungseigenschaften der vorhandenen Spezies und der Form der Energie, die auf das System angewendet wird, um das Plasma zu erzeugen. Der Druck, bis zu dem ein Plasma in dem Nichtgleichgewichtszustand ist, wird, abhängig von diesen und anderen Parametern, demzufolge variieren.The shape of the diagram in 1 will depend on several parameters, including the gas composition, the ionization properties of the species present and the form of energy applied to the system to produce the plasma. The pressure to which a plasma is in the nonequilibrium state will therefore vary depending on these and other parameters.

Typische Verfahren zur Herstellung von Plasmen sind mittels Ionisierung durch Erhitzen (thermische Stimulation), Ionisierung mittels Bestrahlung und Ionisierung mittels elektrischer Entladung. Während die meisten Plasmaherstellungsverfahren in einem Gleichgewichtsplasma bei Drücken um den Atmosphärendruck herum resultieren werden, wird angenommen, dass die Erzeugung von einem Plasma durch Bestrahlung, insbesondere in den Bereichen der RF- und Mikrowellenfrequenzen zwischen 30 MHz und 300 GHz, die Kurve von 1 wie dargestellt nach rechts derart verschieben wird, dass Plasmen im Nichtgleichgewicht erzeugt und bei betrieblich bedeutsamen Drücken um den atmosphärischen Druck (101,4 kPa) und bis zu drei Atmosphären (etwa 300 kPa) unter ausreichend zugeführter Energie, zweckmäßigen vorhandenen Spezies (Chemie) und bei reagierenden Bestrahlungsfrequenzen gehalten werden können.Typical processes for producing plasmas are by ionization by heating (thermal stimulation), ionization by irradiation and ionization by means of electrical discharge. While most plasma fabrication procedures will result in equilibrium plasma at pressures around atmospheric pressure, it is believed that the generation of plasma by irradiation, particularly in the ranges of RF and microwave frequencies between 30 MHz and 300 GHz, the curve of 1 As shown, to the right, plasmas will be displaced to produce plasmas in non-equilibrium and at operationally significant pressures around atmospheric pressure (101.4 kPa) and up to three atmospheres (about 300 kPa) with sufficient energy input, appropriate species present (chemistry) and can be maintained at reactive irradiation frequencies.

Hier wird angenommen, dass dies das Ergebnis von der Mikrowellenbestrahlung ist, welche den dielektrisch verschiedenen Partikeln von dem Plasma Energie zuführt, insbesondere den Elektronen. Bei Frequenzen innerhalb der RF- und Mikrowellen-Frequenzen können nur die Elektronen in dem ionisierten Feld den Oszillationen von dem angelegten elektrischen Feld folgen. Daraus ergibt sich, dass die Elektronen derart höher gegenüber den schwereren Partikeln von dem Plasma energetisiert werden, dass die RF-/Mikrowellen-Plasmen im Allgemeinen als im Nichtgleichgewicht befindliche Plasmen definiert werden können. Derartige RF-/Mikrowellen-Plasmen können über einen großen Druckbereich von unterhalb 0,1 kPa (für Prozesse außerhalb des Hauptinteresses der vorliegenden Erfindung) bis zu Drücken, die über 300 kPa hinausgehen, angeregt und gehandhabt werden.Here It is believed that this is the result of microwave irradiation which is the dielectrically different particles from the plasma Supplying energy, especially the electrons. At frequencies within the RF and Microwave frequencies can only the electrons in the ionized field follow the oscillations of follow the applied electric field. It follows that the electrons are so higher across from The heavier particles are energized by the plasma the RF / microwave plasmas are generally considered to be in non-equilibrium located plasmas can be defined. Such RF / microwave plasmas can over one huge Pressure range below 0.1 kPa (for processes outside of the Main interest of the present invention) up to pressures exceeding 300 kPa, to be stimulated and managed.

Wenn ein Mikrowellenfeld über einem Gas angelegt ist, werden die geladenen Partikel in diesem gas beschleunigt. Weil die Masse der Elektronen viel, viel kleiner als die der schwereren Ionen, Atom- und Molekülpartikel ist, wird die Wirkung von dem Feld hauptsächlich die sein, Energie an die Elektronen abzugeben. Dementsprechend können die Elektronentemperaturen in dem extrem hohen Bereich von zehntausenden Grad Kelvin liegen, während hingegen die scheinbare kalorische Mitteltemperatur von dem Plasma (hauptsächlich durch die schwereren Partikel bestimmt) um Größenordnungen niedriger liegt.If a microwave field over A gas is applied to the charged particles in this gas accelerated. Because the mass of electrons is much, much smaller than which is the heavier ions, atomic and molecular particles, becomes the effect mainly from the field which are to give energy to the electrons. Accordingly, the Electron temperatures in the extremely high range of tens of thousands Degrees Kelvin lie while on the other hand, the apparent calorific mean temperature of the plasma (mainly determined by the heavier particles) is orders of magnitude lower.

Die Reaktionsgeschwindigkeiten werden im Allgemeinen durch die Massentransport-Diffusion, welche durch die dielektrischen Aufheizmechanismen während der RF-/Mikrowellenbearbeitung sehr stark erhöht wird, von den Ausgangsstoffen reguliert, typischerweise in der Gegenwart von einem RF-/Mikrowellen-stimulierten Plasma, das, per Definition, eine große Population an reaktiven Spezies aufweisen wird.The Reaction rates are generally controlled by mass transport diffusion by the dielectric heating mechanisms during RF / microwave processing very much increased is regulated by the starting materials, typically in the presence from an RF / microwave-stimulated plasma that, by definition, has a size Population of reactive species.

Die Plasmabearbeitung unter Verwendung der RF-/Mikrowellen-Stimulation gestattet ebenfalls einen großen Grad der Kontrolle über den Prozess, wobei die Mikrowellenbestrahlung auf die Füllung der Ausgangsstoffe ausgerichtet werden kann, auf solche Weise, dass die gesamte Füllung der Ausgangsstoffe innerhalb der Reaktionskammer umhüllt wird oder eine diskrete Zone innerhalb der Füllung besetzt wird. In kontinuierlichen Bearbeitungssystemen kann die Verweilzeit und die thermochemischen Parameter wirksam durch die Kontrolle von der angewandten Strahlung reguliert werden, was überlegene Bearbeitungs- oder Reduktionsergebnisse liefert.The Plasma processing using RF / microwave stimulation also allows one huge Degree of control over the process whereby the microwave irradiation on the filling of the starting materials can be aligned in such a way that the entire filling of the Starting materials within the reaction chamber is enveloped or discrete Zone within the filling is occupied. In continuous processing systems, the Residence time and the thermochemical parameters are effective through the Control of the applied radiation can be regulated, which is superior Provides machining or reduction results.

Während niedrigere Drücke, die deutlich unter dem Atmosphärendruck liegen, eindeutig die Erzeugung von einem Nichtgleichgewichts-Plasma mit einem großen Missverhältnis zwischen den Temperaturen von den Elektronen und den schwereren Partikeln sicherstellen, wird, falls der Druck in der Reaktionskammer zu gering ist, dann die Dichte der reaktiven Spezies für das Ausführen der chemische Bearbeitung für eine ökonomisch durchführbare Bearbeitung zu niedrig werden. Dementsprechend wird bevorzugt, dass der Druck in der Reaktionskammer, in welcher das Plasma angeregt und gehalten wird, größer als 40 kPa ist.While lower pressures which is well below atmospheric pressure clearly, the generation of a nonequilibrium plasma with a great disproportion between the temperatures of the electrons and the heavier ones Ensure particles, if the pressure in the reaction chamber is too low, then the density of reactive species for performing the chemical processing for an economic one feasible Processing becomes too low. Accordingly, it is preferred that the pressure in the reaction chamber in which the plasma is excited and is held larger than 40 kPa.

Der innewohnende Vorteil der Nichtgleichgewichts-Plasmachemie (Ionisierungschemie) von den Nichtgleichgewichts-Plasmen ist, wenn sie in chemischen und metallurgischen Anwendungen eingesetzt werden, dass diese Plasmen Partikel mit der hohen Energie bereitstellen können, die benötigt wird, um die chemischen Reaktionen bei hohen kinetischen Geschwindigkeiten zu stimulieren und zu vervollständigen. Für den Bereich der Anwendungen, der für die vorliegende Erfindung maßgeblich ist, sind hohe Geschwindigkeiten des Massetransfers mit hohen kinetischen Geschwindigkeiten erwünscht. Demzufolge sind häufig kommerziell durchführbare Produktivitätsniveaus bei den extrem niedrigen Drücken, welche extrem niedrige Geschwindigkeiten des Massetransfers bereitstellen, nicht erzielbar.Of the inherent advantage of non-equilibrium plasma chemistry (ionization chemistry) of nonequilibrium plasmas is when they are in chemical and metallurgical applications are used that these plasmas Can provide particles with the high energy needed to the chemical reactions at high kinetic speeds to stimulate and complete. For the Range of applications for the present invention relevant is, high rates of mass transfer are high kinetic Speeds desired. As a result, they are common commercially feasible productivity levels at the extremely low pressures, which provide extremely low rates of mass transfer, not achievable.

Umgekehrt besteht der Vorteil des Durchführens bestimmter Reaktionen unter Bedingungen eines Nichtgleichgewichts-Plasmas, ungeachtet der niedrigen Massetransfergeschwindigkeiten, darin, das in der Plasmaumgebung niedriger Dichte, die hochenergetischen freien Elektronen und die ionisierten Partikel einen größeren freien Weg im Durchschnitt zurücklegen, bevor sie eine Kollision und Rekombination erfahren, was eine außerordentlich gesteigerte Energie für die Rekombinationschemie verleiht. Diese an möglichen Reaktionsstellen vorliegende gesteigerte Energie ermöglicht, dass der Aktivierungsenergiebedarf für die Reaktionen, die einen außerordentlich hohen Energieeinsatz für ihr Voranschreiten benötigen, erreicht wird. Infolgedessen können bestimmte thermodynamisch anspruchsvolle metallurgische und chemische Reaktionen wirkungsvoll, falls langsam, oder wenn überhaupt, durch die Verwendung der außerordentlich hochenergetischen Partikel bei niedrigen Drücken ausgeführt werden.Vice versa there is the advantage of performing certain reactions under non-equilibrium plasma conditions, regardless of the low mass transfer rates, in that, the in the plasma environment of low density, the high-energy free Electrons and the ionized particles a greater free path on average return, before they experience a collision and recombination, which is an extraordinary increased energy for which confers recombination chemistry. These present at possible reaction sites allows increased energy, that the activation energy needs for the reactions that are extremely extraordinary high energy input for need their progress, is reached. As a result, can certain thermodynamically demanding metallurgical and chemical Reactions effective, if slow, or if at all, through the use of the extraordinary high-energy particles are carried out at low pressures.

Prozesse, welche einen Schutz vor Reoxidationsreaktionen benötigen, profitieren von dem Schutz, wie er durch das Entfernen von potentiellen Oxidationsquellen durch anfänglichen und kontinuierlichen Abtransport von oxidierenden Reagenzien, wie beispielsweise von dem verbreiteten Reduktionsreaktionsprodukt Kohlendioxid, eingeschlossen ist. Dies kann durch Halten des Prozesses bei niedrigen Drücken und kontinuierlichem Evakuieren der Reaktionskammer erreicht werden. Wahlweise oder zusätzlich kann dieses Kohlendioxid mit feinem Kohlenstoff in der Reaktionskammer bei erhöhten Temperaturen zu dem Reduktionsmittel Kohlenmonoxid umgewandelt werden.processes, which need protection against reoxidation reactions benefit from the protection, as by removing potential sources of oxidation through initial and continuous removal of oxidizing reagents, such as for example, from the common reduction reaction product carbon dioxide, is included. This can be done by holding the process at low pressure and continuous evacuation of the reaction chamber can be achieved. Optional or additional can this carbon dioxide with fine carbon in the reaction chamber at elevated Temperatures are converted to the reducing agent carbon monoxide.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die bevorzugten Formen von der vorliegenden Erfindung werden jetzt weiter durch Beispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:The preferred forms of the present invention will now be further described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:

1 ein Diagramm darstellt, das die Auftrennung der Temperaturen von Elektronen und schweren Partikeln bei verschiedenen Drücken in einem Plasma zeigt. 1 Fig. 3 is a diagram showing the separation of the temperatures of electrons and heavy particles at different pressures in a plasma.

2 eine Teilquerschnittsansicht von einer Reaktionskammer darstellt, wie sie in dem Prozess von Beispiel 1 verwendet wurde. 2 Fig. 10 is a partial cross-sectional view of a reaction chamber used in the process of Example 1.

3 eine Teilquerschnittsansicht von einer Reaktionskammer darstellt, wie sie in dem Prozess von Beispiel 2 verwendet wurde. 3 FIG. 12 is a partial cross-sectional view of a reaction chamber as used in the process of Example 2. FIG.

4 eine Teilquerschnittsansicht von einer Reaktionskammer darstellt, wie sie in dem Prozess von Beispiel 3 verwendet wurde. 4 FIG. 12 is a partial cross-sectional view of a reaction chamber as used in the process of Example 3. FIG.

5(a) eine Teilquerschnittsansicht von einer Reaktionskammer darstellt, wie sie in dem Prozess von Beispiel 4 verwendet wurde. 5 (a) Fig. 10 is a partial cross-sectional view of a reaction chamber used in the process of Example 4.

5(b) eine vergrößerte Teilansicht von dem oberen Teilbereich der Reaktionskammer von 5(a) zeigt. 5 (b) an enlarged partial view of the upper portion of the reaction chamber of 5 (a) shows.

5(c) eine Teilquerschnittsansicht von dem Gaserzeugungssystem darstellt, das mit der Reaktionskammer von 5(a) verbunden ist. 5 (c) FIG. 12 is a partial cross-sectional view of the gas generating system associated with the reaction chamber of FIG 5 (a) connected is.

5(d) eine Querschnittsansicht von der Reaktionskammer aus 5(a) darstellt, die bei Schnitt 5-5 gemacht wurde. 5 (d) a cross-sectional view of the reaction chamber 5 (a) that was made at 5-5 cut.

6 eine Teilquerschnittsansicht von einer Reaktionskammer darstellt, wie sie in dem Prozess von Beispiel 5 verwendet wurde. 6 Fig. 10 is a partial cross-sectional view of a reaction chamber used in the process of Example 5.

7 eine Teilquerschnittsansicht von einer Reaktionskammer darstellt, wie sie in dem Prozess von Beispiel 6 verwendet wurde. 7 Fig. 10 is a partial cross-sectional view of a reaction chamber used in the process of Example 6.

8 eine Teilquerschnittsansicht von einer Reaktionskammer darstellt, wie sie in dem Prozess von Beispiel 7 verwendet wurde. 8th Fig. 10 is a partial cross-sectional view of a reaction chamber used in the process of Example 7.

9(a) eine Teilquerschnittsansicht von einer Reaktionskammer darstellt, wie sie in dem Prozess von Beispiel 8 verwendet wurde. 9 (a) Fig. 10 is a partial cross-sectional view of a reaction chamber used in the process of Example 8.

9(b) eine Querschnittsansicht von der Reaktionskammer aus 9(a) darstellt, die bei Schnitt 9B-9B gemacht wurde. 9 (b) a cross-sectional view of the reaction chamber 9 (a) which was made at section 9B-9B.

9(c) eine Querschnittsansicht von der Reaktionskammer aus 9(a) darstellt, die bei Schnitt 9C-9C gemacht wurde. 9 (c) a cross-sectional view of the reaction chamber 9 (a) which was made at section 9C-9C.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION THE PREFERRED EMBODIMENTS

BEISPIEL 1EXAMPLE 1

Dieses Beispiel beschreibt ausführlich einen Prozess zur Reduktion von Monazit [(Ce,La,Th)PO4], unter Verwendung eines Schmelztiegel-Batch-Reduktionsprozesses, um den Phosphor (aus dem Phosphat) zu beseitigen und die reduzierten Schwermetalle in ein metallisches oder Hartmetall-Produkt zu konzentrieren. Wenn der Phosphor entfernt ist, ist das Reaktionsprodukt aus Schwermetall-(Hartmetall-)Konzentrat für die weitere extraktive Aufarbeitung in einer Route über Halogenierung, fraktionelle Destillation und danach Auftrennung geeignet. Das in diesem Beispiel verwendete Monazit enthielt La;Ce:Th in einem angenäherten Atomverhältnis von 3:1:1. Andere Phosphatmineralien sind ebenfalls auf eine ähnliche Art und Weise mit vergleichbaren Ergebnissen bearbeitet worden. Die Vorrichtung, die für die Ausführung von dem Prozess in diesem Beispiel verwendet wurde, ist in 2 dargestellt.This example describes in detail a process for reducing monazite [(Ce, La, Th) PO 4 ] using a crucible batch reduction process to remove the phosphorus (from the phosphate) and the reduced heavy metals into a metallic or tungsten carbide Concentrate product. When the phosphorus is removed, the heavy metal (tungsten carbide) concentrate reaction product is suitable for further extractive workup in a route via halogenation, fractional distillation and then separation. The monazite used in this example contained La; Ce: Th in an approximate atomic ratio of 3: 1: 1. Other phosphate minerals are also similar to comparable phosphate minerals been processed. The device that was used to execute the process in this example is in 2 shown.

Zuerst wurde das Monazit-Konzentrat, welches aus Mineralsanden erhalten worden war, durch Mahlen auf eine Korngröße von weniger als 10 Mikrometer in eine partikuläre Form gebracht und innig mit einem stöchiometrischen Überschuss von 10% eines Reduktionsmittels in der Form von feinem reinen Kohlenstoff vermischt. Die feine Mischung erhöht die verfügbare Reaktionsfläche der Grenzschicht.First became the monazite concentrate obtained from mineral sands by grinding to a particle size of less than 10 microns into a particular Form brought and intimately with a stoichiometric excess of 10% of a reducing agent in the form of fine pure carbon mixed. The fine mixture increases the available reaction area of the Boundary layer.

100 Gramm von dem Gemisch aus Monazit und Koh lenstoff wurden in einen Schmelztiegel 1 aus Aluminiumoxid niedriger Dichte gefüllt (siehe 2). Der Schmelztiegel 1, der aus Aluminiumoxid niedriger Dichte geformt ist, ist für Mikrowellen durchlässig. Das Monazit/Kohlenstoff-Gemisch wurde lose ohne Verdichten in den Schmelztiegel 1 eingefüllt, um seine Permeabilität zu maximieren.100 grams of the mixture of monazite and carbon were placed in a crucible 1 made of low-density alumina (see 2 ). The melting pot 1 formed of low-density alumina is permeable to microwaves. The monazite / carbon mixture became loose without compacting in the crucible 1 filled to maximize its permeability.

Ein für Mikrowellen durchlässiges, aus Aluminiumsilikat bestehendes Faservlies, bedeckte als Isolierhülle 2 das Äußere von dem Schmelztiegel, wobei dieser abgeschirmt wurde, um die Hitze innerhalb des Schmelztiegels 1 zu halten. Eine teilweise offene Isolierhaube 2a wurde über die Öffnung von dem Schmelztiegel platziert, um diesen zu isolieren, während gleichzeitig das Entweichen von Gasen und das Beobachten des Schmelztiegelinhaltes gestattet wird. Der zur Isolierung umwickelte Schmelztiegel 1 wurde anschließend in eine Reaktionskammer 3 gestellt, in der Form von einer zweckgebundenen, evakuierbaren Reaktionskammer, die in der Lage war, bei einem wirksamen „vollständigen" Vakuum von weniger als 0,1 kPa bis 1000 kPa (ungefähr 10 Atmosphären) betrieben zu werden. Der Schmelztiegel 1 wurde auf einen für Mikrowellen durchlässigen Abstandhalter 4 aus feuerbeständigem Stein gestellt, um so die Füllung des Monazit/Kohlenstoff-Gemisches in Richtung des Zentrums der Reaktionskammer 3 zu positionieren, um damit seine Lokalisierung innerhalb des angewandten Mikrowellenfeldes zu optimieren und somit gleichzeitig das Beladungspotenzial zu optimieren.A microwave-permeable, aluminum silicate non-woven fabric covered as an insulating sheath 2 the exterior of the crucible, which was shielded to heat within the crucible 1 to keep. A partially open insulating hood 2a was placed over the opening of the crucible to isolate it while permitting the escape of gases and observing the crucible contents. The wrapped for isolation crucible 1 was subsequently placed in a reaction chamber 3 in the form of a dedicated, evacuatable reaction chamber capable of operating at an effective "full" vacuum of less than 0.1 kPa to 1000 kPa (about 10 atmospheres) 1 was placed on a microwave permeable spacer 4 made of refractory stone, so as to fill the monazite / carbon mixture towards the center of the reaction chamber 3 position in order to optimize its localization within the applied microwave field and thus simultaneously optimize the loading potential.

Die Reaktionskammer 3 wurde dann mit einer Haube 5 verschlossen. Ein Dichtungsring 6 mit dem Zusatz von Vakuumfett wurde verwendet, um die Verbindung zwischen dem oberen hervorspringenden Rand 7 der Reaktionskammer und der Haube 5 zu verschließen. Der hervorspringende Rand 7 und die Haube 5 wurden dann von außen unter Verwendung von einer geeigneten Klammer 8 geklammert. Die Haube wurde mit einer Beobachtungsöffnung 20 aus gestattet, um das visuelle Überwachen von dem Prozess zu ermöglichen.The reaction chamber 3 was then with a hood 5 locked. A sealing ring 6 with the addition of vacuum grease was used to make the connection between the upper protruding edge 7 the reaction chamber and the hood 5 to close. The protruding edge 7 and the hood 5 were then externally using a suitable clamp 8th stapled. The hood was covered with an observation port 20 to allow visual monitoring of the process.

Die verschlossene Reaktionskammer 3 wurde anschließend über den Reaktionskammerauslass 9 unter Verwendung einer geeigneten Vakuumpumpe evakuiert. Die Reaktionskammer 3 wurde bis zu dem durch das System bedingte Pumpenlimit von weniger als 1 kPa evakuiert, wie auf dem Vakuumanzeigegerät 10 kontrolliert. Die Reaktionskammer 3 wurde anschließend für zwei Minuten mit hochreinem Argongas über den Gaseinlass 11 beschickt. Der Evakuierungs-/Beschickungs-Zyklus wurde danach noch dreimal wiederholt, um sicherzustellen, dass im Wesentlichen die gesamte Luft innerhalb der Reaktionskammer durch das Argongas ersetzt worden war. Das Entfernen der Luft stellte sicher, dass der gesamte Sauerstoff aus der Reaktionskammer entfernt worden war, und eine inerte Atmosphäre zurückgelassen wurde, welche das Reaktionsprodukt vor der Reoxidation schützt.The closed reaction chamber 3 was then passed over the reaction chamber outlet 9 evacuated using a suitable vacuum pump. The reaction chamber 3 was evacuated to the system pumping limit of less than 1 kPa, as on the vacuum gauge 10 controlled. The reaction chamber 3 was then passed over the gas inlet for two minutes with high purity argon gas 11 fed. The evacuation / charging cycle was then repeated three more times to ensure that substantially all of the air within the reaction chamber had been replaced by the argon gas. Removal of the air ensured that all of the oxygen had been removed from the reaction chamber leaving behind an inert atmosphere which protects the reaction product from reoxidation.

Die Argonzufuhr wurde danach abgeschaltet und die Reaktionskammer 3 für den Reduktionsprozess auf einen Minimaldruck von 40 kPa evakuiert, wobei der Systemdruck wiederum über das Vakuumanzeigegerät 10 auf Stabilität über einen Zeitraum von 5 Minuten kontrolliert wurde.The argon feed was then turned off and the reaction chamber 3 evacuated to a minimum pressure of 40 kPa for the reduction process, the system pressure in turn via the vacuum indicator 10 was controlled for stability over a period of 5 minutes.

Die Reaktionskammer wurde anschließend mit der Mikrowellenstrahlung über einen oben angebrachten Wellenleiter 12 bei einer Leistung von 1 kW und einer Frequenz von 2.450 MHz bestrahlt. Der Wellenleiter 12 wurde mit einem für Mikrowellen durchlässigen Keramikfenster 13, das aus Aluminiumoxid gefertigt war, an der Übergangsstelle zu der Reaktionskammer 3 angebracht, um diesen zu verschließen und gegen die Strahlungshitze zu isolieren.The reaction chamber was then irradiated with microwave radiation through a top-mounted waveguide 12 irradiated at a power of 1 kW and a frequency of 2,450 MHz. The waveguide 12 was made with a microwave permeable ceramic window 13 made of alumina at the interface to the reaction chamber 3 attached to close this and isolate it against the radiant heat.

Der Rest von dem Argongas (bei 40 kPa) in der weitgehend evakuierten Reaktionskammer 3 war die ideale Umgebung für die Stimulation von einem Nichtgleichgewichts-Plasma, die in der Lage war, die anfängliche Festkörperreduktion von dem Monazit unter Verwendung des Kohlenstoffs als Reduktionsmittel zu initiieren, wobei Kohlenmonoxid (CO) als ein Nebenprodukt von dieser anfänglichen Festkörperreduktion hergestellt wurde. Diese anfängliche Festkörperreduktion kann durch die nachstehende Gleichung 1(a) wiedergegeben werden: (Ce,La,Th)PO4 + 4C ⇒ (Ce,La,Th)OC + P + 3CO ⇑ 1(a) The remainder of the argon gas (at 40 kPa) in the largely evacuated reaction chamber 3 was the ideal environment for the stimulation of a non-equilibrium plasma capable of initiating the initial solid-state reduction of the monazite using the carbon as the reducing agent, producing carbon monoxide (CO) as a by-product of this initial solid-state reduction. This initial solid-state reduction can be represented by Equation 1 (a) below: (Ce, La, Th) PO 4 + 4C ⇒ (Ce, La, Th) OC + P + 3CO ⇑ 1 (a)

Das in der obigen Festkörperreduktion hergestellte CO wird selbst zu einem wirksamen Reduktionsmittel, wobei es Kohlenstoff in einer gasförmigen Form mit einer größeren Wirksamkeit zu der Reaktionsgrenzfläche transportiert. Ebenfalls bedeutsam für die Kinetiken von der Reaktion, ionisiert das gasförmige CO in der durch die Mikrowellen stimulierten Umgebung, um das Plasma anzureichern und außerordentlich aktive positive Ionenspezies (hauptsächlich CO+) bereitzustellen, welche in dem ursprünglichen Argonplasma nicht vorhanden sind. Während das Argonplasma außerordentlich energiereiche negative (einschließlich Elektronen), positive, rekombinierte und angeregte Spezies aufweist, stellt es keine reaktiven Radikalspezies bereit. Die Ionisierung von dem CO und die Gasphasenreduktion von dem Monazit kann durch die nachfolgenden Gleichungen 1(b) und 1(c) wiedergegeben werden: CO ⇒ CO+ + e 1(b) (Ce,La,Th)PO4 + 3CO ⇒ (Ce,La,Th)OC + P + 3CO2 ⇑ 1(c) The CO produced in the above solid-state reduction itself becomes an effective reducing agent, transporting carbon in a gaseous form to the reaction interface with a greater efficiency. Also important for the kinetics of the reaction, it ionizes the gaseous CO in the microwave-stimulated environment to enrich the plasma and generate extremely active positive ion species (primarily CO + ) which are not present in the original argon plasma. While argon plasma has extremely high energy negative (including electrons), positive, recombined, and excited species, it does not provide reactive radical species. The ionization of the CO and the gas phase reduction of the monazite can be represented by the following equations 1 (b) and 1 (c): CO ⇒ CO + + e 1 (b) (Ce, La, Th) PO4 + 3CO ⇒ (Ce, La, Th) OC + P + 3CO ⇑ 2 1 (c)

Das CO in der Gleichung 1(c) kann in der ionisierten Form CO+ vorliegen.The CO in equation 1 (c) may be in the ionized form CO + .

Ein weiterer letzter Reduktionsschritt von dem Oxycarbid zu einem (komplexen) Metallcarbid wurde ausgeführt, wieder unter Verwendung von CO (mindestens teilweise ionisiert) als Reduktionsmittel. Die nachfolgende Gleichung 1(d) kann verwendet werden, um angemessen diesen letzten Schritt von dem Reduktionsprozess zu beschreiben: x(Ce,La,Th)OC + yCO ⇒ (Ce,La,Zh)XCY + nCO2 ⇑ + mCO ⇑ 1(d) Another final reduction step from the oxycarbide to a (complex) metal carbide was carried out again using CO (at least partially ionized) as the reducing agent. The following Equation 1 (d) can be used to adequately describe this last step of the reduction process: x (Ce, La, Th) OC + y CO ⇒ (Ce, La, Zh) X C Y + n CO 2 ⇑ + m CO ⇑ 1 (d)

Wiederum kann das CO in der Gleichung 1(d) in der ionisierten Form CO+ vorliegen.Again, the CO in equation 1 (d) may be in the ionized form CO + .

Während diese Reduktion zu dem Carbid durch die Analyse bestätigt wurde, zeigte das sehr heiße Carbid eine Neigung Sauerstoff aus dem ansonsten sehr stabilen Oxidschmelztiegel (und anderem feuerbeständigen Material, mit dem es in Kontakt ist) zu entziehen und einen Großteil von dem Carbid-Produktmaterial zu der/den stabileren Oxycarbid-Phase(n) zurückzubringen.While these Reduction to the carbide was confirmed by the analysis showed the very hot carbide an inclination oxygen from the otherwise very stable oxide crucible (and other fire resistant Material with which it is in contact) and much of the carbide product material to the more stable oxycarbide phase (s) return.

Während der vorangehend erwähnten Reduktionsreaktionen, wurden die dabei produzierten Gase aus der Reaktionskammer über den Auslass 9 während der laufenden Evakuierung von der Reaktionskammer 3 derart abgesaugt und gepumpt, dass der Druck in der Reaktionskammer immer unterhalb von 50 kPa (absolut) blieb. Mit diesem niedrigen Druck, der während des ganzen Prozesses hindurch gehalten wurde, kann für das ununterbrochene Plasma wohl angenommen werden, dass es gut innerhalb der Nichtgleichgewichtsbedingungen geblieben ist.During the above-mentioned reduction reactions, the gases produced thereby were discharged from the reaction chamber via the outlet 9 during the ongoing evacuation of the reaction chamber 3 aspirated and pumped so that the pressure in the reaction chamber always remained below 50 kPa (absolute). With this low pressure maintained throughout the process, the uninterrupted plasma can probably be assumed to have remained well within nonequilibrium conditions.

Die Mikrowellenbestrahlung, welche das Plasma und die Reduktionsreaktionen aufrechterhält, wurde fortgeführt, bis die charakteristische CO-Plasmafarbe nicht mehr länger visuell mit der gleichen Intensität nachgewiesen werden konnte. Diese Änderung in der Plasmafarbe und Intensität lässt vermuten, dass CO nicht mehr länger hergestellt wurde, was darauf hinweist, dass die Reduktion abgeschlossen worden ist, zusammen mit einer damit verbundenen Verminderung des Druckes, bis hinunter zum Pumpenlimit. In dieser Phase wird von dem Plasma angenommen, dass es hauptsächlich ein CO-Plasma gewesen ist, wobei das Argon überwiegend während der konstanten Evakuierung durch den Reaktionskammerauslass 9 durch das System gespült wurde.The microwave irradiation which sustains the plasma and the reduction reactions was continued until the characteristic CO plasma color could no longer be visually detected with the same intensity. This change in plasma color and intensity suggests that CO was no longer produced, indicating that the reduction has been completed, along with a concomitant reduction in pressure down to the pump limit. In this phase, the plasma is believed to have been primarily a CO plasma, with the argon predominantly during the constant evacuation through the reaction chamber outlet 9 was flushed through the system.

Eine Minute über diesen visuell bestimmten Punkt der vorangehend diskutierten verminderten Farbe und Intensität des CO-Plasmas und etwa 10 Minuten nach dem Plasmaanfang wurde die Mikrowellenenergie abgeschaltet. Argon wurde in die weiterhin evakuierte Kammer über den Gaseinlass 11 einströmen lassen und der Druck stabilisierte sich bei 20 kPa (absolut) für eine Stunde (um hauptsächlich das Abkühlen durch Verfestigung einzuschließen). Die Vakuumpumpe wurde anschließend abgekoppelt und die Reaktionskammer 3 an der Pumpenseite abgedichtet und mit hochreinem Argon auf einen maßvollen positiven Druck wieder aufgefüllt und dort gehalten, bis sie vollständig abgekühlt war, bevor sie an dem folgenden Tag geöffnet wurde.One minute above this visually determined point of diminished color and intensity of the CO plasma discussed above and about 10 minutes after the beginning of the plasma, the microwave energy was turned off. Argon was added to the still evacuated chamber via the gas inlet 11 and the pressure stabilized at 20 kPa (absolute) for one hour (mainly to include cooling by solidification). The vacuum pump was then decoupled and the reaction chamber 3 sealed at the pump side and refilled with high purity argon to a moderate positive pressure and held there until it was completely cooled before being opened the following day.

Die Reaktionskammer 3 wurde langsam auf Atmosphärendruck gebracht, vorsichtig geöffnet, sodass das Reaktionsprodukt weder gestört, entfernt noch kontaminiert wurde, und der Schmelztiegel 1 aus der Reaktionskammer 3 herausgenommen. Der Schmelztiegel 1 enthielt das reduzierte Schwermetallcarbid-(Oxycarbid)Produkt, mit Asche und Gangartschlacke obenauf. Der Schwermetallinhalt von Schmelztiegel 1 wurde von der Schmelztiegelwand geschabt und für die Analyse und die weitere Bearbeitung wie gewünscht aufbewahrt.The reaction chamber 3 was slowly brought to atmospheric pressure, carefully opened so that the reaction product was neither disturbed, removed nor contaminated, and the crucible 1 from the reaction chamber 3 removed. The melting pot 1 contained the reduced heavy metal carbide (oxycarbide) product, with ash and gangue slag on top. The heavy metal content of crucible 1 was scraped from the crucible wall and stored as desired for analysis and further processing.

Die Metallreaktionskammerwand 1 und die metallischen Verfestigungs-Prallplatten 14, welche den Reaktionskammerauslass 9 (welcher den Vakuumpumpeneinlass bildet) durch das Sammeln des Kondensates von den heißen Dampfphasen vor ihrem Ausströmen durch den Auslass 9 schützen, waren massenhaft mit „flockigem" unbeständigem Phosphor beschichtet. Der zurückgewonnene Phosphor wurde als reiner, elementarer Phosphor analysiert, wie es durch die Gleichungen 1(a) bis 1(d) erwartet wurde. Die Reaktorkomponenten wurden anschließend von den Reaktionsprodukten in Vorbereitung auf weitere Batch-Bearbeitungen gereinigt.The metal reaction chamber wall 1 and the metallic solidification baffles 14 which the reaction chamber outlet 9 (which forms the vacuum pump inlet) by collecting the condensate from the hot vapor phases before exiting through the outlet 9 The recovered phosphorus was analyzed as a pure elemental phosphorus as expected by Equations 1 (a) to 1 (d) .The reactor components were subsequently prepared from the reaction products in preparation cleaned further batch processing.

BEISPIEL 2EXAMPLE 2

Dieses Beispiel beschreibt ausführlich einen Prozess zum ökonomischen Zurückgewinnen von wertvollen Metallen aus metallurgischen Abfällen und Schlacken, unter Verwendung eines Schmelztiegel-Batch-Reduktionsprozesses. Das Zink wurde aus einer zinkhaltigen Schlacke durch in situ-Reduktion von dem Metall in der Schlacke und Rückgewinnung des Metalls als metallischer Rauch aus der heißen Reaktionsschicht zurückgewonnen. Der Zinkrauch kann, zu diesem Zeitpunkt, zu einer veredelten Qualität von Zinkoxidpulver reoxidiert oder mit einem Halogen umgesetzt werden, um ein Zinkhalid zu ergeben. Im Zusammenhang mit dieser Spezifikation muss verstanden werden, dass ein Rauch einen metallischen Dampf oder ein metallisches Oxid, metallisches Halid oder einen weiteren ähnlichen Dampf, der von einem metallischen Dampf abgeleitet ist, einschließt.This example describes in detail a process for economically recovering valuable metals from metallurgical wastes and slags using a crucible batch reduction process. The zinc was made from a zinc-containing slag by in situ reduction of the metal in the slag and recovery of the metal recovered as metallic smoke from the hot reaction layer. The zinc smoke may, at this time, be reoxidized to a refined grade of zinc oxide powder or reacted with a halogen to yield a zinc halide. In the context of this specification, it must be understood that a smoke includes a metallic vapor or a metallic oxide, metallic halide, or another similar vapor derived from a metallic vapor.

Der Prozess wurde erfolgreich in einem Gasgemisch aus Stickstoff und Kohlenmonoxid bei Atmosphärendruck durchgeführt, im Gegensatz zu dem verminderten Druck in Beispiel 1. Da Metalle wie Zink weniger ein „Sauerstofffänger" sind als die „reaktiven Metalle" (wie beispielsweise La, Ce und Th von der reduzierten festen Produktphase von Beispiel 1), wies das reduzierte Zinkprodukt von dem vorliegenden Beispiel eine geringere Tendenz zur Reoxidation auf und benötigte dementsprechend weniger Schutz gegen Reoxidation. Infolgedessen konnte der Prozess erfolgreich bei Atmosphärendruck durchgeführt werden, da die Neigung von dem reduzierten Produkt, zu reoxidieren, durch die Reduktionsbedingungen in der Reaktionsumgebung von der Reaktionskammer unterdrückt wurde. Das gewünschte Rauchprodukt (Metall, -oxid oder -halid) diktierte die Zusammensetzung von und die damit zusammenhängenden chemischen Möglichkeiten für die Reaktionskammerumgebung, in welcher das Zink reduziert und angeraucht wurde. In dem vorliegenden Beispiel konnten die Wirksamkeit des Prozesses und die Produktqualität durch das Erzeugen und Halten von einem Nichtgleichgewichts-Plasma bei Atmosphärendruck gehalten werden und dementsprechend wurden die Schwierigkeiten und der Aufwand für das Erhalten und Kontrollieren von einer Reaktionskammerumgebung mit vermindertem Druck vermieden.Of the Process was successful in a gas mixture of nitrogen and Carbon monoxide at atmospheric pressure carried out, in contrast to the reduced pressure in Example 1. Because metals how zinc is less of an "oxygen scavenger" than the "reactive metals" (such as La, Ce and Th from the reduced solid product phase of Example 1) showed the reduced zinc product of the present example a lower tendency for reoxidation and needed accordingly less protection against reoxidation. As a result, the process could successful at atmospheric pressure be performed, because of the tendency of the reduced product to reoxidize through the reduction conditions in the reaction environment from the reaction chamber repressed has been. The wished Smoke product (metal, oxide or halide) dictated the composition from and the related chemical possibilities for the Reaction chamber environment in which the zinc is reduced and smoked has been. In the present example, the effectiveness of the Process and product quality by creating and maintaining a nonequilibrium plasma at atmospheric pressure and accordingly were the difficulties and the effort for obtaining and controlling a reaction chamber environment avoided with reduced pressure.

Die Vorrichtung, die für die Ausführung von dem Prozess in diesem Beispiel verwendet wurde, ist in 3 dargestellt.The device that was used to execute the process in this example is in 3 shown.

Das Zink-haltige metallurgische Schlackenmaterial, welches einen mineralogischen Gehalt an Zinkoxid (ZnO) aufweist, oder eine mehr komplexe Mineralogie mit ZnO-Äquivalenten, wurde in eine partikuläre Form mit einer Korngröße von weniger als 500 Mikrometer gemahlen und zu dem doppelten des stöchiometrischen Bedarfs (unter Bezugnahme auf ZnO) mit einem Reduktionsmittel in der Form von feiner reaktiver Aktivkohle vermischt.The Zinc-containing metallurgical slag material, which is a mineralogical Content of zinc oxide (ZnO), or a more complex mineralogy with ZnO equivalents, became a particular Shape with a grain size of less ground to 500 microns and twice the stoichiometric Demand (with reference to ZnO) with a reducing agent in the form of fine reactive activated carbon mixed.

100 Gramm von dem Gemisch wurde in einen Aluminiumoxid-Schmelztiegel 101 eingefüllt. Die Füllung wurde lose gepackt, um die Durchlässigkeit davon zu maximieren. Der Boden von dem Schmelztiegel 101 wurde mit feinen Durchlässen 101a ausgestaltet, die hindurchgehen, wodurch der Boden porös wird und ein Aufsteigen der Gase durch die lose gepackte Füllung aus Schlacke und Aktivkohle ermöglicht. Der Schmelztiegel wurde auf einem unbeweglichen Keramikbehälter 114 angebracht, der oben eine Öffnung aufweist, die mit den Durchlässen 101a von dem Schmelztiegelboden in Verbindung steht.100 grams of the mixture was placed in an alumina crucible 101 filled. The filling was loosely packed to maximize the permeability thereof. The bottom of the crucible 101 was with fine passages 101 which pass through, whereby the soil becomes porous and allows the gases to rise through the loosely packed filling of slag and activated carbon. The crucible was placed on a stationary ceramic container 114 attached, which has an opening at the top, with the passages 101 from the crucible bottom is in communication.

Der Schmelztiegel 101 und der Behälter 114 wurden mit einer aus Aluminiumoxidsilikat-Faservlies bestehenden Isolierhülle 102 isoliert, um den Schmelztiegel 101 vor Hitzeverlust abzuschirmen. Der Isolierte Schmelztiegel 101 und der Behälter 104 wurden anschließend in eine Reaktionskammer 103 in der Form von einem zweckmodifizierten handelsüblich erhältlichen 1.300 W Mikrowellenofen platziert. Die Schmelztiegel/Behälter-Anordnung wurde auf einen geeigneten Abstandhalter 104 aus feuerbeständigem Stein gestellt, um die Füllung in Richtung des Zentrums der Reaktionskammer 3 zu positionieren und dementsprechend günstig innerhalb des angewendeten Mikrowellenfeldes zu platzieren. Die Öffnungen von dem Schmelztiegel 101 wurden teilweise durch eine lose, für Mikrowellen durchlässige Isolierhaube 102a bedeckt, um das Entweichen von Rauchreaktionsprodukten zu ermöglichen, während der Großteil von der Hitze innerhalb des Schmelztiegels 101 gehalten wird. Eine Beobachtungsöffnung 120 in dem Deckel von der Reaktionskammer 103 gestattete die visuelle Überwachung von dem Reaktionsprozess.The melting pot 101 and the container 114 were provided with an insulating sheath made of alumina silicate nonwoven fabric 102 isolated to the crucible 101 to shield against heat loss. The Isolated Crucible 101 and the container 104 were subsequently placed in a reaction chamber 103 placed in the form of a purpose-adapted commercially available 1,300 W microwave oven. The crucible / container assembly was placed on a suitable spacer 104 made of fire-resistant stone to the filling towards the center of the reaction chamber 3 to position and accordingly to place low within the applied microwave field. The openings of the crucible 101 were partially by a loose, microwave permeable insulating hood 102a covered to allow the escape of smoke reaction products, while most of the heat within the crucible 101 is held. An observation opening 120 in the lid of the reaction chamber 103 allowed the visual monitoring of the reaction process.

Die Reaktionskammer 103 wurde geschlossen und dann gleichzeitig über den Auslass 109 durch eine Vorvakuumpumpe evakuiert, während Stickstoffgas in die Reaktionskammer 103 über den Hauptgaseinlass 111 einströmte. Nach fünf Minuten wurde die Vorvakuumpumpe abgekoppelt und die Stickstoffzufuhr wurde zum Ausspülen und Füllen der Reaktionskammer 103 auf einen positiven Druck gesteigert. Die Reaktionskammer 103 war nicht von sich aus luftundurchlässig und dementsprechend blieb der Druck innerhalb der Reaktionskammer 103 nahe dem Atmosphärendruck. Nachdem für fünf Minuten gespült worden war, wurde der Hauptgaseinlass 111 geschlossen. Eine Reduktionsmittel-Gasmischung aus 20% CO in Stickstoff wurde bei einer niedrigen Strömungsgeschwindigkeit in den Behälter 114 über einen zweiten Gaseinlass 115, der durch den Boden der Reaktionskammer 103 damit in Verbindung steht, zugeführt. Die Zufuhr von dem Reduktionsmittelgas in den Behälter 114, bei einem positiven Druck, resultierte darin, dass das Reduktionsmittelgas durch die Durchlässe 101a in dem Boden von dem Schmelztiegel 101 hindurchströmte und die Schlacke/Aktivkohle-Füllung durchdrang.The reaction chamber 103 was closed and then simultaneously over the outlet 109 evacuated through a backing pump, while nitrogen gas into the reaction chamber 103 over the main gas inlet 111 flowed. After five minutes, the backing pump was disconnected and the nitrogen feed was used to rinse and fill the reaction chamber 103 increased to a positive pressure. The reaction chamber 103 was not inherently airtight and accordingly the pressure remained within the reaction chamber 103 near the atmospheric pressure. After being rinsed for five minutes, the main gas inlet became 111 closed. A reductant gas mixture of 20% CO in nitrogen was introduced into the vessel at a low flow rate 114 via a second gas inlet 115 passing through the bottom of the reaction chamber 103 associated with it. The supply of the reducing agent gas into the container 114 , at a positive pressure, resulted in the reducing agent gas passing through the passages 101 in the bottom of the crucible 101 flowed through and the slag / activated carbon filling penetrated.

Die Reaktionskammer 103 wurde dann mit der Mikrowellenstrahlung bei einer Frequenz von 2.450 MHz und einer angelegten Leistung von 1.300 W über zwei gegenüber stehende Wellenleiter 112, die von der Reaktionskammer 103 durch für Mikrowellen durchlässige Keramikfenster 113 abgedichtet waren, bestrahlt. Nach mehreren Minuten Bestrahlung, wobei die Schlacke/-Aktivkohle-Füllung und die Gase innerhalb der Reaktionskammer erhitzt wurden, löste eine zufällige thermische Instabilität („Thermal Runaway") in ganz verschiedenen, dielektrisch angeordneten Partikeln die Erzeugung von einem CO/N2-Plasma in und oberhalb des Schmelztiegels 101 innerhalb der Reaktionskammer 103 aus. Dieses Plasma konnte durch die abgeschirmte Beobachtungsöffnung 120 beobachtet werden.The reaction chamber 103 was then using the microwave radiation at a frequency of 2,450 MHz and an applied power of 1,300 W over two opposite waveguides 112 coming from the reaction chamber 103 by microwave-permeable ceramic windows 113 sealed, irradiated. After several minutes of irradiation, with the slag / activated carbon charge and the gases within the reaction chamber being heated, a random thermal runaway in very different dielectrically arranged particles caused the generation of a CO / N 2 plasma in and above the crucible 101 within the reaction chamber 103 out. This plasma could pass through the screened observation port 120 to be watched.

Über die Interpretation von dem Plasmaumfang und der Intensität der Strahlungshitze durch den Bediener wurde die Mikrowellenbestrahlung von der Reaktionskammer 103 fortgeführt, wobei die angelegte Leistung manuell eingestellt wurde, um eine entsprechende thermische Konstanz bereitzustellen und ein Überhitzen und ein Versagen von dem Schmelztiegel 101 durch Schmelzen zu vermeiden. Aus der vorhergehenden Erfahrung und der Untersuchung und der Kenntnis von den Schmelzpunkten der vorliegenden Phasen und der thermochemischen Reaktionsdaten wurde abgeschätzt, dass der Prozess bei „Temperaturen" durchgeführt wurde, die dem Bereich von 900°C bis 950°C entsprechen. Wie vorangehend diskutiert, ist die Begrifflichkeit von Temperatur in einem dynamischen thermischen System wie einem Nichtgleichgewichts-Plasma relativ bedeutungslos und dementsprechend sind „Temperatur"-Messungen durch ein Thermoelement oder durch direkte pyrometrische Sichtstrahl verfahren („line-of-sight") nicht durchführbar und würden nahezu bedeutungslose Information bereitstellen.The interpretation of the plasma trap and the intensity of the radiant heat by the operator caused the microwave irradiation from the reaction chamber 103 with the applied power manually adjusted to provide adequate thermal consistency and overheating and failure from the crucible 101 to avoid by melting. From the previous experience and investigation and knowledge of the melting points of the present phases and the thermochemical reaction data, it was estimated that the process was carried out at "temperatures" corresponding to the range of 900 ° C to 950 ° C. As previously discussed, For example, the notion of temperature in a dynamic thermal system such as a non-equilibrium plasma is relatively meaningless, and accordingly, "temperature" measurements through a thermocouple or direct pyrometric line-of-sight techniques are impractical and almost meaningless information provide.

Ungefähr eine bis zwei Minuten nach der Anregung des Plasmas wurde bereits ein metallischer Rauch, der von dem Plasma aufstieg, festgestellt, was auf die Reduktion von dem Zinkoxidgehalt der Schlacke hindeutet. Das feste und gasförmige Reduktionsstadium von dem Zinkoxid, unter Verwendung der Aktivkohle beziehungsweise von CO-Plasma als Reduktionsmittel, kann durch die nachfolgenden Gleichungen 2(a) und 2(b) wiedergegeben werden: ZnO + C ⇒ Zn + CO⇑ 2(a) ZnO + CO ⇒ Zn + CO2⇑ 2(b) About one to two minutes after the excitation of the plasma, a metallic smoke rising from the plasma was already detected, indicating the reduction of the zinc oxide content of the slag. The solid and gaseous reduction state of the zinc oxide using the activated carbon and CO plasma as the reducing agent, respectively, can be represented by the following equations 2 (a) and 2 (b): ZnO + C ⇒ Zn + CO⇑ 2 (a) ZnO + CO ⇒ Zn + CO 2 ⇑ 2 (b)

Das CO in der Gleichung 2(b) kann in der ionisierten Form CO+ vorliegen.The CO in the equation 2 (b) may be in the ionized form CO + .

Der metallische Rauch ist insbesondere visuell leicht nachzuweisen, wenn es gestattet wurde, dass er reoxidiert, wenn er die reduzierende Atmosphäre von dem Schmelztiegel 101 verlässt, nachdem er sich von der Schlacke durch die in den Gleichungen 2(a) und 2(b) beschriebenen Reduktionsprozesse abgetrennt hatte.In particular, the metallic smoke is easily visually detectable, if it has been allowed to reoxidize, if it releases the reducing atmosphere from the crucible 101 leaves after it has separated from the slag by the reduction processes described in equations 2 (a) and 2 (b).

Um ein fein verteiltes Zinkoxid-(ZnO-)Pulver herzustellen, wurde eine Sauerstoffstrom (O2) derart eingeführt, dass der reduzierte Zinkmetalldampf durch den O2-Strom durchtritt, wobei er schnell zu einem Rauch aus einer festen Zinkoxidphase umgewandelt wird, welcher leicht aufgefangen werden konnte. Während bereits das Hindurchtreten des Zinkmetalldampfes durch das CO2 innerhalb der Reaktionskammerumgebung als ein Reduktionsnebenprodukt nach Gleichung 3(b) ebenfalls die Wirkung der Oxidation des Zinkdampfes aufwies, ist diese Reaktion weniger spontan und resultierte in etwas Zinkrauch, der nicht umgewandelt als fester Zinkrauch zurückblieb. Um Zinkchlorid (ZnCl2) herzustellen, kann Cl2-Gas quer durch den heißen Zinkdampf eingeströmt werden. Das hergestellte Zinkchlorid musste deutlich abgekühlt werden, bevor ein festes Rauchprodukt durch Ausfällung an einer gekühlten Oberfläche aufgefangen werden konnte. Die Reoxidationsprozesse können durch die nachfolgenden Gleichungen 2(c) bis 2(e) wiedergegeben werden: 2Zn + O2 ⇒ 2ZnO ⇑ 2(c) Zn + CO2 ⇒ ZnO + CO2 ⇑ 2(d) Zn + Cl2 ⇒ ZnCl2 ⇑ 2(e) To produce a finely divided zinc oxide (ZnO) powder, an oxygen stream (O 2 ) was introduced so that the reduced zinc metal vapor passes through the O 2 stream, rapidly converting it to a fume from a solid zinc oxide phase which is light could be caught. While the passage of zinc metal vapor through the CO 2 within the reaction chamber environment as a by-product of Equation 3 (b) also had the effect of oxidizing the zinc vapor, this reaction is less spontaneous and resulted in some zinc smoke that remained unconverted as a solid zinc fume. To produce zinc chloride (ZnCl 2 ), Cl 2 gas can be flowed across the hot zinc vapor. The zinc chloride produced had to be significantly cooled before a solid smoke product could be collected by precipitation on a cooled surface. The reoxidation processes can be represented by the following equations 2 (c) to 2 (e): 2Zn + O 2 ⇒ 2ZnO ⇑ 2 (c) Zn + CO 2 ⇒ZnO + CO 2 ⇑ 2 (d) Zn + Cl 2 ⇒ ZnCl 2 ⇑ 2 (e)

Das Rauchprodukt, abhängig von der Systematmosphäre in der Form von metallischem Zink, Zinkoxid oder einem Zinkhalid, wurde durch einen für Mikrowellen durchlässigen Borsilikat-Dunstabzug 116, der über dem Schmelztiegel 101 platziert war, mittels eines Absauggebläses über ein vakuumdichtes Auslaufventil zu einem Ausfällungs- und Absacksystem abgesaugt, wo der Rauch als festes Feinerz aufgefangen wurde.The smoke product, depending on the system atmosphere in the form of metallic zinc, zinc oxide or a zinc halide, was passed through a microwave transparent borosilicate extractor 116 that's above the melting pot 101 was sucked by means of a suction fan via a vacuum-tight outlet valve to a precipitation and bagging system, where the smoke was collected as a solid fine ore.

Sobald das Rauchen auf eine visuell nicht mehr wahrnehmbare Menge abgeklungen war, wurde der Prozess als für beendet erachtet und die Bestrahlung eingestellt. Die Vollständigkeit des Prozesses wurde später durch die Analyse von dem Schlackenmaterial, das im Schmelztiegel zurückblieb, bestätigt.As soon as smoking ceased to be visually imperceptible was the process as for finished and stopped the irradiation. The completeness the process became later by analyzing the slag material in the crucible remained, approved.

Unmittelbar nachdem die Bestrahlung eingestellt worden war, war die Füllung von dem Schmelztiegel noch reaktiv und für einen längeren Zeitraum bei einer hohen Temperatur und das Einströmen von dem reduzierenden CO/N2-Gasgemisch wurde fortgesetzt, bis sich die Füllung auf etwa 200°C abgekühlt hatte. Ein weitergehendes Einströmen von Stickstoff wurde anschließend verwendet, um das System auf Umgebungstemperatur abzukühlen.Immediately after the irradiation was stopped, the charge from the crucible was still reactive and at a high temperature for an extended period of time, and the flowing CO / N 2 gas mixture was continued until the charge cooled to about 200 ° C would have. Continued inflow of nitrogen was then used to cool the system to ambient temperature.

BEISPIEL 3EXAMPLE 3

Dieses Beispiel beschreibt ausführlich einen Prozess zum Reduzieren von Chromit-(FeO·Cr2O3)Erzkonzentrat unter Verwendung eines Schmelztiegel-Batch-Reduktionsprozesses, der in einer Chrom-Eisen-Legierung resultiert. Die Vorrichtung, die für die Ausführung von dem Prozess in diesem Beispiel verwendet wurde, ist in 4 dargestellt.This example describes in detail a process for reducing chromite (FeO.Cr 2 O 3 ) ore concentrate using a crucible batch reduction process resulting in a chromium-iron alloy. The device that was used to execute the process in this example is in 4 shown.

Der Prozess wurde bei Atmosphärendruck durchgeführt, der sich für dieses Beispiel als angemessen bewährt hatte. Ferner wurde, anstatt die Reaktionskammer mit einer Gasmischung aus Stickstoff und Kohlenmonoxid wie in Beispiel 2 zu befüllen, Luft (hauptsächlich aus N2, O2 zusammengesetzt) als das anfängliche Gas in der Reaktionskammer verwendet. Die Verbrennung von Kohle durch Erhitzen und die Mikrolichtbogenbildung von der Kohle in der sauerstoffreichen Umgebung für die CO Herstellung waren ausreichend, das Reaktionsprodukt vor der Reoxidation zu schützen. Ferner bedeckt geschmolzene Schlacke die reduzierten metallischen Produktstadien, um weiteren Schutz in diesem Beispiel zu gewähren, was die einfachere und ökonomischere Bearbeitungsvariante mit einer Luftumgebung bei Atmosphärendruck ermöglichte.The process was carried out at atmospheric pressure, which had proved appropriate for this example. Further, instead of filling the reaction chamber with a gas mixture of nitrogen and carbon monoxide as in Example 2, air (composed mainly of N 2 , O 2 ) was used as the initial gas in the reaction chamber. The combustion of coal by heating and the micro-arc formation of the coal in the oxygen-rich environment for CO production were sufficient to protect the reaction product from reoxidation. Further, molten slag covers the reduced metallic product stages to provide further protection in this example, allowing the simpler and more economical processing variant with an atmospheric atmosphere at atmospheric pressure.

Ein Chromiterz-Konzentrat von hoher Qualität wurde in einer Ringmühle mit einem Reduktionsmittel in der Form von brauner Aktivkohle in stöchiometrischer Menge zu einer Korngröße von weniger als 200 Mikrometer vermahlen. Das Gemisch wurde lose in einen geeigneten, für Mikrowellen durchlässigen Schmelztiegel aus Oxidkeramik 201 oben auf ein Bett aus gekörnter Aktivkohle eingefüllt, um die flüssigen Metallprodukte unterhalb der Ausgangstoffe zu vereinen. Eine weitere Schicht aus gekörnter Aktivkohle wurde über die Füllung aus Chromit/Aktivkohle-Gemisch gelegt, um den Schutz vor der Reoxidation zu unterstützen. Wie in den Beispielen 1 und 2 wurde der Schmelztiegel 201 mit einer aus Alumi niumoxidsilikat-Faservlies bestehenden Isolierhülle 202 und einer Isolierhaube 202a isoliert, um eingeschränkte Beobachtungen durch die Beobachtungsöffnung 220 zu ermöglichen und den gasförmigen Reaktionsprodukten ein Entweichen zu gestatten.A high quality chromite ore concentrate was milled in a stoichiometric amount in a ring mill with a reductant in the form of brown activated carbon to a particle size of less than 200 microns. The mixture was loosely placed in a suitable microwave permeable oxide ceramic crucible 201 filled on top of a bed of granular activated carbon to unite the liquid metal products below the starting materials. Another layer of granular activated carbon was placed over the chromite / charcoal mixture fill to aid in protection against reoxidation. As in Examples 1 and 2, the crucible became 201 with an aluminum oxide silice fiber nonwoven existing insulating 202 and an insulating hood 202a isolated to limited observations through the observation port 220 and to allow the gaseous reaction products to escape.

Der isolierte Schmelztiegel 201 wurde in die Reaktionskammer 203, in der Form von einem modifizierten handelsüblich erhältlichen Mikrowellenofen, auf einen Keramikblock 204 gestellt, die mit Luft bei Atmosphärendruck „angereichert" war. Es wurde kein Ausspülen oder Evakuieren durchgeführt.The isolated crucible 201 was in the reaction chamber 203 in the form of a modified commercially available microwave oven, onto a ceramic block 204 which was "enriched" with air at atmospheric pressure, no rinsing or evacuation was performed.

Die Reaktionskammer 203 wurde anschließend mit 2.450 MHz Mikrowellenstrahlung bei voller Ofenleistung von 1.300 W über oben und auf der Seite angebrachte Wellenleiter 212 bestrahlt. Die Reaktionsfüllung in dem Schmelztiegel 201 heizte sich aufgrund der Mikrolichtbogenbildung zwischen den Kohlepartikeln und dann zwischen den dielektrisch unterschiedlichen Partikeln in dem Füllungsgemisch schnell auf, was zur Entstehung von einigen chemischen Reaktionen mit niedrigem Aktivierungsenergiebedarf führte. Die Freisetzung von Energie aus diesen anfänglich exothermen Reaktionen stellte weitere thermische Energie zum Aufheizen und Aktivieren der Reduktionsreaktionen bereit.The reaction chamber 203 was then run with 2,450 MHz microwave radiation at full furnace power of 1,300 W via top and side mounted waveguides 212 irradiated. The reaction filling in the crucible 201 heated rapidly due to micro-arcing between the carbon particles and then between the dielectrically-different particles in the charge mixture, resulting in some chemical reactions with low activation energy requirements. The release of energy from these initial exothermic reactions provided additional thermal energy to heat and activate the reduction reactions.

Die anfängliche Mikrolichtbogenbildung von der Aktivkohle in dem angewendeten Mikrowellenfeld in der Sauerstoff-haltigen Luftumgebung erzeugte gemäß der nachfolgenden Gleichung 3(a) CO, was einen Schutz gegen die Reoxidation der nachfolgenden Reaktionsprodukte bereitstellte. 2C + O2 ⇒ 2CO ⇑ 3(a) The initial micro-arc formation of the activated carbon in the applied microwave field in the oxygen-containing air environment produced CO according to Equation 3 (a) below, which provided protection against the reoxidation of the subsequent reaction products. 2C + O 2 ⇒ 2CO ⇑ 3 (a)

Wenn die Temperatur in der Füllung der Ausgangsstoffe sich erhöhte, mit massiven Abweichungen in lokalen Temperaturen um ein willkürliches Temperaturprofil herum, wurde ein Nichtgleichgewichts-Stickstoff plasma in der hauptsächlich Stickstoff-enthaltenden (Luft-)Atmosphäre von der Reaktionskammer 203 erzeugt, wobei nachfolgend das Erhitzen in der Füllung der Ausgangsstoffe durchgehend gleichmäßiger wird. Mit den höchsten Temperaturen, die sich in und oberhalb der Füllung der Ausgangsstoffe innerhalb des Schmelztiegels etablierten, wurde das Plasma innerhalb der oberen Schichten von der Füllung der Ausgangsstoffe (durch die Plasmapenetration von der statischen Füllung) und unmittelbar oberhalb der Füllung der Ausgangsstoffe innerhalb des Schmelztiegels 201, unterhalb der Isolierhaube 202a, konzentriert. Die Strahlung, und das Plasma, dringen mit steigender Durchlässigkeit von der Füllung tiefer in die statische Schmelztiegelfüllung ein.As the temperature in the charge of starting materials increased, with massive deviations in local temperatures around an arbitrary temperature profile, a non-equilibrium nitrogen plasma in the mainly nitrogen-containing (air) atmosphere from the reaction chamber became 203 Subsequently, the heating in the filling of the starting materials is continuously uniform. With the highest temperatures established in and above the charge of the feedstock within the crucible, the plasma within the upper layers became the charge of the feedstock (by the plasma penetration from the static charge) and just above the charge of the feedstock within the crucible 201 , below the insulating hood 202a , concentrated. The radiation, and the plasma, penetrate deeper into the static crucible filling as the permeability of the filling increases.

Die durch das Stickstoffplasma, unter der Verwendung der Aktivkohle als direktes anfängliches Reduktionsmittel, stimulierte Aktivierung von der Festphasenreduktion des Chromits erzeugt Kohlenmonoxid (CO) als ein Nebenprodukt der Festphasenreduktion, was ionisiert und somit zu der Plasmachemie beiträgt. Die Reaktionen produzieren ein metallisches Chromprodukt, die eine Wustit-(FeO) reiche Phase zurücklassen, welche in einer zweiten Stufe reduziert wird. Dieses Ergebnis kann durch die größere Mikrowellen-Empfindlichkeit von Cr2O3 gegenüber FeO (sich in einem Mikrowellenfeld aufzuheizen) erklärt werden. Die anfängliche Festkörperreduktion von dem Chromit kann durch die nachstehende Gleichung 3(b) wiedergegeben werden: FeO·Cr2O3 + 3C ⇒ 2Cr + FeO + 3CO ⇑ 3(b) Carbon monoxide (CO) activation stimulated by the nitrogen plasma, using activated carbon as the direct initial reducing agent, generates carbon monoxide (CO) as a byproduct of solid phase reduction, which ionizes and thus contributes to the plasma chemistry. The reactions produce a metallic chromium product leaving a Wustit (FeO) rich phase, which is reduced in a second stage. This result can be explained by the greater microwave sensitivity of Cr 2 O 3 to FeO (to heat up in a microwave field). The initial solid-state reduction of the chromite can be represented by Equation 3 (b) below: FeO.Cr 2 O 3 + 3C ⇒ 2Cr + FeO + 3CO ⇑ 3 (b)

Das entsprechend den Gleichungen 3(a) und 3(b) erzeugte CO ist thermodynamisch unterhalb von annähernd 950°C nicht stabil, wenn es in einer sauerstoffhaltigen Umgebung ist, wie sie beispielsweise in dem vorliegenden Beispiel vorhanden ist, und neigt beim Abkühlen dazu, mit dem Sauerstoff, der in der Luftatmosphäre vorhanden ist, zu Kohlendioxid (CO2) gemäß der nachstehenden Gleichung 3(c) zu oxidieren: 2CO + O2 ⇒ 2CO2 ⇑ 3(c) That according to equations 3 (a) and 3 (b) is not thermodynamically stable below approximately 950 ° C when in an oxygen-containing environment, such as that present in the present example, and tends to cool with the oxygen present in the air atmosphere is to oxidize to carbon dioxide (CO 2 ) according to Equation 3 (c) below: 2CO + O 2 ⇒ 2CO 2 ⇑ 3 (c)

Mit steigender Temperatur ist jedoch bei den im Plasma herrschenden „Temperaturen" der umgekehrte Fall im Allgemeinen richtig, wobei freie Sauerstoff- und Kohlendioxidgas-Moleküle in der Atmosphäre von der Reaktionskammer 203 unmittelbar oberhalb von der Füllung der Ausgangsstoffe existieren, wodurch sie thermochemisch gegenüber einer Umwandlung (mit Aktivkohle) zu Kohlenmonoxid gemäß den nachstehenden Gleichungen 3(d) und 3(e) prädisponiert sind: O2 + 2C ⇒ 2CO ⇑ 3(d) CO2 + C ⇒ 2CO ⇑ 3(e) However, with increasing temperature, in the plasma "temperature", the reverse case is generally correct, with free oxygen and carbon dioxide gas molecules in the atmosphere from the reaction chamber 203 immediately above the charge of the starting materials, whereby they are thermochemically predisposed to conversion (with charcoal) to carbon monoxide according to equations 3 (d) and 3 (e) below: O 2 + 2C ⇒ 2CO ⇑ 3 (d) CO 2 + C ⇒ 2CO ⇑ 3 (e)

Das durch diese Reaktionen hergestellte CO ionisiert selbst in der durch die Mikrowellen stimulierten Umgebung, um das vorherrschende Stickstoffplasma mit hochenergetischen, reduzierenden CO+-Ionen anzureichern. In der Reaktionskammerumgebung ist das Plasma, welches die Füllung der Ausgangsstoffe bei den höheren reduzierenden „Temperaturen" umhüllt, entsprechend hauptsächlich aus N2- und CO-Spezies zusammengesetzt. Das Plasma schützt die Füllung vor möglichen Oxidationsreaktionen bis zu den Endpunkten des Plasmas, wobei eine Decke aus hochenergetischen reduzierenden Ionen über der Füllung aufrechterhalten wird, was ein außerordentlich reduzierendes Milieu bereitstellt. Ein derartiger Schutz wird durch die Beschaffenheit des Plasmas und insbesondere durch Nichtgleichgewichts-Plasmen bereitgestellt, deren „chemischer Schwerpunkt" es ist, Bindungen in einer Art und Weise analog zu den chemischen Reduktionsreaktionen zu brechen (das heißt, im Gegensatz zu chemischen Oxidationsreaktionen, wo Bindungen vervollständigt werden).The CO produced by these reactions ionizes even in the microwave-stimulated environment to enrich the predominant nitrogen plasma with high-energy, reducing CO + ions. In the reaction chamber environment, the plasma that envelops the charge of the reactants at the higher reducing "temperatures" is composed mainly of N 2 and CO species, which protects the charge from possible oxidation reactions up to the endpoints of the plasma Ceiling of high energy reducing ions is maintained over the fill providing an extremely reducing environment Such protection is provided by the nature of the plasma and, in particular, non-equilibrium plasmas whose "chemical focus" is to analogize bonds in a manner to break down the chemical reduction reactions (that is, unlike chemical oxidation reactions where bonds are completed).

Die Veränderung in der Plasmachemie mit der Erzeugung von CO+-Ionen konnte zusehends als eine Verschiebung in der charakteristischen Emissionsfarbe von dem Plasma beobachtet werden und hörbar festgestellt werden durch eine verbundene Verschiebung in der Leistung, die an den Magnetfeldröhren gezogen wurde, wenn eine Plasmaanregung oder Schrittsteigerung vorliegt.The change in the plasma chemistry with the generation of CO + ions could be visually observed as a shift in the characteristic emission color from the plasma and audibly detected by an associated shift in the power drawn on the magnetic field tubes when plasma excitation or Step increase is present.

Das in den Grund-, Anregungs-, Ionisierungs- und Rekombinationszuständen verfügbare CO wird zu einem wirkungsvollen Reduktionsmittel, welches den Kohlenstoff zu der Reaktionsgrenzfläche mit den Chromit-Partikeln transportiert, was eine gasförmige Phasenreduktion von dem Chromit aktiviert. In diesem Stadium erhöhen sich die Reduktionsgeschwindigkeiten auf ein Maximum. Die Ionisierung von dem CO und die ionisierte Gasphasenreduktion von dem Chromit kann durch die nachfolgenden Gleichungen 3(f) und 3(g) wiedergegeben werden: CO ⇒ CO+ + e- 3(f) FeO·Cr2O3 + 3CO+ + 3e ⇒ 2Cr + FeO + 3CO2 ⇑ 3(g) The CO available in the ground, excitation, ionization and recombination states becomes an effective reducing agent which transports the carbon to the reaction interface with the chromite particles, which activates gaseous phase reduction from the chromite. At this stage, the reduction rates increase to a maximum. The ionization of the CO and the ionized gas phase reduction of the chromite can be represented by the following equations 3 (f) and 3 (g): CO ⇒ CO + + e - 3 (f) FeO.Cr 2 O 3 + 3CO + + 3e - ⇒ 2Cr + FeO + 3CO 2 ⇑ 3 (g)

Wie vorangehend diskutiert, tendiert das produzierte CO2 bei den höheren Plasma-„Temperaturen", die in diesem Stadium beobachtet werden, zu CO (gemäß Gleichung 3(e)). Die nachfolgende Fest- und Gasphasenreduktion von dem Wustit-(FeO)Produkt analog zu den Gleichungen 3(b) und 3(g) zu metallischem Eisen kann durch die nachstehenden Gleichungen 3(h) und 3(i) wiedergegeben werden: FeO + C ⇒ Fe + CO ⇑ 3(h) FeO + CO+ + e ⇒ Fe + CO2 ⇑ 3(i) As previously discussed, the CO 2 produced at the higher plasma "temperatures" observed at this stage tends to CO (according to Equation 3 (e)). The subsequent solid and gas phase reduction from the Wustit (FeO) product Similar to equations 3 (b) and 3 (g) to metallic iron, it can be represented by equations 3 (h) and 3 (i) below: FeO + C ⇒ Fe + CO ⇑ 3 (h) FeO + CO + + e - ⇒ Fe + CO 2 ⇑ 3 (i)

Wenn es erwünscht ist, können andere anfängliche Reduktionsmittelgase (typischerweise CO) vor dem Ent leeren in die Reaktionskammer 203 über den Hauptgaseinlass 211 eingeführt werden, um die verschiedenen Reduktionsprozesse zu unterstützen. Dies wird eine reduzierende Gasumgebung in der Reaktionskammer eher von Anfang an bereitstellen, als dass man, wie vorangehend diskutiert, auf die Umwandlung von dem O2 aus der Luft zu CO abhängig ist.If desired, other initial reductant gases (typically CO) may be emptied into the reaction chamber prior to discharge 203 over the main gas inlet 211 introduced to support the various reduction processes. This will provide a reducing gas environment in the reaction chamber from the beginning rather than relying on the conversion of the O 2 from the air to CO, as previously discussed.

Die heißen Gase, einschließlich der Reaktionsnebenprodukte CO und CO2, zuzüglich geringfügiger Gase oder Spurengase, Staub und Rauch wurden während des Prozesses über einen Dunstabzug 216 abgezogen, der mit einer Abgas-Lüftungsanlage verbunden ist.The hot gases, including the reaction by-products CO and CO 2 , plus minor gases or trace gases, dust and smoke were passed through a fume hood during the process 216 deducted, which is connected to an exhaust ventilation system.

Während des Reduktionsprozesses floss das metallische Reduktionsprodukt, das in dem flüssigen Stadium als flüssige Metallkügelchen vorliegt, und wenn die einzelnen Kügelchen in der Größe zunahmen und die Oberflächenspannung überwunden war, als flüssige metallische Phase zu dem Boden von dem Schmelztiegel 201, wobei ein Pool 230 unterhalb einer Schlackenschicht 231 aus Gangartprodukten gebildet wurde, der sich selbst unterhalb des noch reagierenden Bettes der Füllung der Ausgangsstoffe 232 bildete, bis die abnehmenden Feststoffe von dem Bett 232 der Füllung der Ausgangsstoffe in die flüssige Schlackenphase 231 hineinschmolzen. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Mikrowellenbestrahlung eingestellt und der Prozess beendet.During the reduction process, the metallic reduction product, which is in the liquid state as liquid metal beads, and when the individual beads increased in size and the surface tension was overcome, flowed as a liquid metallic phase to the bottom of the crucible 201 , being a pool 230 below a slag layer 231 was formed from gangue products, itself below the still-reacting bed filling the starting materials 232 formed until the decreasing solids from the bed 232 the filling of the starting materials in the liquid slag phase 231 into melted. At this time, the Mikrowellenbestrah set and the process ended.

Die Reaktionskammer 203 wurde dann zusammen mit dem Metall-Reaktionsprodukt abkühlen lassen und die Verfestigung der Schlackephasen ermöglichte eine mechanische Rückgewinnung. Das passive, langsame Abkühlen unterhalb der glimmenden Aktivkohle (um Schutz vor Oxidation zu gewähren) produzierte eine „graue" Eisenlegierung, während hingegen der alternative Kühlungsprozess der Abkühlung in Wasser eine „weiße" Eisenlegierung produzierte.The reaction chamber 203 was then allowed to cool together with the metal reaction product and the solidification of the slag phases allowed for mechanical recovery. Passive, slow cooling below the glowing activated carbon (to provide protection against oxidation) produced a "gray" iron alloy, while the alternative cooling process of cooling in water produced a "white" iron alloy.

Um die Oxidation von den metallischen Produkten während des Abkühlens zu vermeiden, wenn die Temperatur innerhalb des Schmelztiegels unterhalb von dem CO-Stabilitätspunkt von annähernd 950°C fällt, bei dem das CO zu dem oxidierenden Gas CO2 oxidieren würde, kann ein nicht-oxidierendes oder Inertgas in die Reaktionskammer durch den Hauptgaseinlass 209 während des Abkühlens eingelassen werden. Spektroskopische Analysen und eine metallografische Untersuchung von den metallischen Reaktionsprodukten identifizierte eine Chrom-Eisen-Legierung mit einer typischen Zusammensetzung von ungefähr 65% an Cr (und bis zu 76% an Cr in kleineren Eisenkügelchen), weniger als 4% an C und die Differenz im Wesentlichen Fe. Die C-Aufnahme steigerte sich mit längerer Zeitdauer bei erhöhten Temperaturen. Die gesamte Mineralmaterie wurde entweder zu Metall oder Schlacke umgewandelt, wobei nur Aktivkohlereste oberhalb der Schlackenphase zurückblieben.In order to avoid oxidation of the metallic products during cooling, when the temperature within the crucible falls below the CO stability point of approximately 950 ° C, at which the CO would oxidize to the oxidizing gas CO 2 , a non-oxidizing or inert gas into the reaction chamber through the main gas inlet 209 be taken in during cooling. Spectroscopic analyzes and metallographic analysis of the metallic reaction products identified a chromium-iron alloy with a typical composition of about 65% Cr (and up to 76% Cr in smaller iron spheres), less than 4% C and the difference in Cr Essentially Fe. The C uptake increased with prolonged time at elevated temperatures. The entire mineral matter was either converted to metal or slag leaving only activated carbon residues above the slag phase.

BEISPIEL 4EXAMPLE 4

Dieses Beispiel beschreibt ausführlich einen Prozess zur Reduktion von Cassiterit-(Zinnstein; SnO2)Konzentrat zur Extraktion von metallischem Zinn als Produkt. Anstatt den Reduktionsprozess in einem festen Schmelztiegel innerhalb eines statischen Gefäßes oder eines modifizierten Mikrowellenofens wie in den Beispielen 1 bis 3 durchzuführen, wurde in diesem Beispiel der Reduktionsprozess in einem Wirbelschicht-Reaktor unter Verwendung eines Kohlenmonoxid/Stickstoff-Plasmas durchgeführt. Die Konfiguration des Wirbelschicht-Reaktors ist in den 5(a) bis 5(d) bildlich dargestellt. Der Plasmareduktionsprozess kann ebenfalls in anderen etablierten und Hybridreaktionskammer-Konfigurationen unter Verwendung derselben zugrunde liegenden Prozesschemie durchgeführt werden, einschließlich Drehofen-, Zyklon-, Fördertrum-, Schrauben- und Rinnen-Konfigurationen.This example details a process for reducing cassiterite (SnO 2 ) concentrate to extract metallic tin as a product. Instead of carrying out the reduction process in a solid crucible within a static vessel or a modified microwave oven as in Examples 1 to 3, in this example, the reduction process was carried out in a fluidized bed reactor using a carbon monoxide / nitrogen plasma. The configuration of the fluidized bed reactor is in the 5 (a) to 5 (d) pictured. The plasma reduction process can also be performed in other established and hybrid reaction chamber configurations using the same underlying process chemistry, including rotary kiln, cyclone, conveying runner, screw and gutter configurations.

Der Prozess wurde bei „Atmosphären"-Druck hoch in dem Bett bis zu höheren Drücken unter Pressluftähnlichen Bedingungen an der Verwirbelungsplatte (zwischen 200 kPa und 300 kPa) durchgeführt, wo die anfängliche Reduktionsaufarbeitung über eine angelegte Mikrowellenenergie, welche durch den Wellenleiter des Reaktorbodens zugeführt wird, durchgeführt werden kann. Der Druckabfall durch die Wirbelschicht wird durch die Verwirbelungsdynamik von der Reaktionskammer und verschiedenen Parametern von dem Bett abhängt, das selbst verwirbelt wird, einschließlich der Betthöhe, der Partikeldichte, der Partikelform und dem Größenbereich. Ein Nichtgleichgewichts-Plasma wurde entlang der vollständigen Höhe von der Reaktionskammersäule mittels der Unterstützung von zusätzlichen Wellenleitern längs der Länge von der Reaktionskammer gehalten, wobei deren Anwendung von der Mineraliendichte, der Empfänglichkeit der Füllung für die Mikrowellenbestrahlung und der angelegten Leistung abhängen wird. Mit dem Druckabfall durch die Wirbelschicht wurde das Nichtgleichgewichts-Plasma stabiler in Richtung der Spitze von der Reaktionskammer.Of the Process was high in the "atmospheres" pressure Bed up to higher Press under Pneumatic-like Conditions on the swirl plate (between 200 kPa and 300 kPa), where the initial Reduction workup via an applied microwave energy passing through the waveguide fed to the reactor bottom is carried out can be. The pressure drop through the fluidized bed is through the turbulence dynamics of the reaction chamber and different Parameters depends on the bed, which is itself swirling, including the bed height, the Particle density, particle shape and size range. A non-equilibrium plasma was along the full Height of the reaction chamber column with the support of additional Waveguides along the length held by the reaction chamber, wherein the application of the Mineral density, the susceptibility of filling for the Microwave irradiation and the applied power will depend. With the pressure drop through the fluidized bed, the nonequilibrium plasma became more stable Direction of the top of the reaction chamber.

Das augenblickliche Beispiel führte die Reduktionsaufarbeitung von einem Cassiterit-Konzentrat "niedriger Qualität" durch, das ungefähr 60% Sn enthielt. Bei Anwendung von traditionellen Reduktionstechniken für Sn waren, bei Verwendung von Flammofen-Schmelztiegeln, Qualitäten unterhalb von 65% Sn nicht erwünscht, da es ökonomisch nicht durchführbar ist, Zinnprodukte zu prozessieren, die ein Verhältnis von dem „Härtling" (Eisen/Zinn-Phase) zu dem zurückgewonnenen Zinn aufweisen, das zu hoch ist. Wenn das Eisen leicht reduziert wird, und das Zinn die Eisen/Zinn-Härtlingphase erstellt, oder das Eisen in dem Anfänglichen Konzentrat hoch ist, sind die traditionellen Reduktionstechniken normalerweise aufgrund der überzogenen Kosten für das Extrahieren von dem Zinn aus der Eisen/Zinn-Härtlingphase kaufmännisch unhaltbar.The instantaneous example led the reduction work-up of a "low quality" cassiterite concentrate containing approximately 60% Sn. When using traditional reduction techniques for Sn, when using furnace crucibles, qualities below 65% Sn not wanted as it is economical not feasible is to process tin products that have a ratio of the "hardener" (iron / tin phase) to the recovered Have tin that is too high. When the iron is slightly reduced and the tin creates the iron / tin hardening phase, or Iron in the beginning Concentrate is high, are the traditional reduction techniques usually due to the overdrawn costs for extracting the tin from the iron / tin hardening phase commercial untenable.

Die Leichtigkeit der Reduktion von den Cassiterit-Konzentraten erhöht sich mit steigendem Zinngehalt von den Konzentraten mit niedriger Qualität zu den Konzentraten mit hoher Qualität, wobei für die Konzentrate mit höherer Qualität gefunden wurde, dass sie empfänglicher sind für Mikrowellenbestrahlung als die Konzentrate mit niedrigerer Qualität.The Ease of reduction of the cassiterite concentrates increases with increasing tin content from the low quality concentrates to the high concentrates Quality, being for the concentrates with higher quality was found to be more receptive are for Microwave irradiation as the lower quality concentrates.

Die Wirbelschichtreaktoren sind normalerweise so konstruiert, dass sie fortlaufende Bearbeitungsprozesse durchführen, der vorliegende Prozess wurde jedoch in einem Wirbelschichtreaktor durchgeführt, der als Batch-Prozessreaktor konfiguriert und betrieben wurde, um eine engere Kontrolle über die Prozessierungszeiten von dem Cassiterit innerhalb der Reaktionskammer zu ermöglichen. Eine derartige enge Kontrolle ist erwünscht, wenn Cassiterit bearbeitet wird, um eine zu aufwendige Bearbeitung von der Cassiterit-Füllung zu vermeiden, was nachteilig für spätere Bearbeitungsschritte wäre. Wenn jedoch eine geringere Kontrolle für die Reduktionsbelastung durch die angewandte elektromagnetische Bestrahlung benötigt wird, wird der kontinuierliche Wirbelschichtprozess bevorzugt.The fluidized bed reactors are normally designed to perform continuous processing, but the present process was performed in a fluidized bed reactor configured and operated as a batch process reactor to allow closer control over the processing times of the cassiterite within the reaction chamber. Such close control is desirable when processing cassiterite to avoid over-processing of the cassiterite filling, which would be detrimental to later processing steps. However, if a smaller control for the reduction load by the applied electromagnetic Irradiation is required, the continuous fluidized bed process is preferred.

Wenn der Plasmaprozess von dem gegenwärtigen Beispiel entweder in Batch- oder kontinuierlichen Wirbelschichtsystemen verwendet wird, wird die gleichzeitige Reduktion von Gangartmaterialien innerhalb des Erzes, insbesondere bei eisenhaltigen Mineralien, vermieden. Dies vermeidet infolgedessen die Bildung von kontaminierenden Phasen (insbesondere von Härtling, FeSn2) innerhalb des Reduktionsproduktes und der daran hängenden restriktiven Kostennachteile des Reprozessierens derartiger Nebenprodukte in nachfolgenden Prozessen.When the plasma process of the present example is used in either batch or continuous fluidized bed systems, the simultaneous reduction of gangue materials within the ore, particularly ferrous minerals, is avoided. As a result, this avoids the formation of contaminating phases (especially hardener, FeSn 2 ) within the reduction product and the associated restrictive cost disadvantages of reprocessing such by-products in subsequent processes.

Der Wirbelschichtreaktor 300 in den 5(a) bis 5(d), der in dem vorliegenden Bearbeitungsprozess verwendet wurde, umfasst eine gestreckte Reaktions kammer 301, die aus einer hochtemperaturfesten, korrosionsbeständigen Stahllegierung hergestellt ist. Die Reaktionskammer 301 wird mit einer geeigneten feuerbeständigen Isolierhülle 302 isoliert, um die Hitze innerhalb der Reaktionskammer zu halten. Ein Luftspalt kann zwischen der äußeren Wand von der Reaktionskammer 301 und der Isolierhülle 302 geformt werden, um Vibrationen abzublocken und für die Ausdehnung Raum zu bieten.The fluidized bed reactor 300 in the 5 (a) to 5 (d) used in the present machining process comprises a stretched reaction chamber 301 , which is made of a high temperature resistant, corrosion resistant steel alloy. The reaction chamber 301 comes with a suitable fire-resistant insulation 302 isolated to keep the heat within the reaction chamber. An air gap may be between the outer wall of the reaction chamber 301 and the insulating sleeve 302 be shaped to block vibrations and to provide space for expansion.

Eine Zuführungsöffnung 303 für das Einfüllen der Ausgangsstoffe wird oben auf der Reaktionskammer 301 zum Beschicken der Reaktionskammer 301 mit der partikelförmigen Füllung der Ausgangsstoffe bereitgestellt. Unter Bezugnahme auf 5(b) ist eine ausklappbare, selbstdichtende Füllglocke 304 innerhalb der Zuführungsöffnung 303 für das Einfüllen der Ausgangsstoffe eingerichtet. Die Füllglocke 304 ist drehbar und mit spiralförmigen Leitschaufeln 305 ausgestattet, welche bei der Verteilung der Füllung innerhalb der Reaktionskammer 301 mitwirken. Andere Formen an Vorrichtungen für das Beschicken von Reaktionskammern wie beispielsweise eine Drehschurre, können wahlweise eingesetzt werden.A feed opening 303 for filling the starting materials is on top of the reaction chamber 301 for charging the reaction chamber 301 provided with the particulate filling of the starting materials. With reference to 5 (b) is a fold-out, self-sealing filling bell 304 inside the feed opening 303 set up for filling the starting materials. The filling bell 304 is rotatable and with spiral vanes 305 equipped, which in the distribution of the filling within the reaction chamber 301 participate. Other forms of apparatus for feeding reaction chambers, such as a rotary chute, may be optionally employed.

Eine durchlöcherte Verwirbelungsplatte 306 ist am Boden von der Reaktionskammer 301 lokalisiert. Ein Wirbelluftkasten 307 ist darunter angebracht und öffnet sich auf die Verwirbelungsplatte 306. Der Wirbelluftkasten 307 steht mit einem Gasregenerationssystem in Verbindung (nachfolgend beschrieben und in 5(c) abgebildet), dass das Gas aufwärts in Richtung des Wirbelluftkastens 307 zuführt. Die Zusammensetzung und der Druck von dem Druckgas, das dem Wirbelluftkasten 307 zugeführt wird, werden durch ein Überwachungssystem 308 kontrolliert.A perforated swirl plate 306 is at the bottom of the reaction chamber 301 localized. A vortex air box 307 is underneath and opens onto the swirl plate 306 , The vortex air box 307 is associated with a gas regeneration system (described below and incorporated herein by reference) 5 (c) pictured) that the gas is upward in the direction of the swirl air box 307 supplies. The composition and pressure of the pressurized gas, the vortex air box 307 supplied by a monitoring system 308 controlled.

Ein Abgasauslass 309 ist benachbart zu der Zuführungsöffnung 303 für die Füllung oben auf der Reaktionskammer 301 lokalisiert. Der Abgasauslass 309 speist ein Rauch/Feststoff-Produktextraktionssystem (nicht dargestellt), um den Rauch und die festen Feinanteile der Produkte von den Abgasen zu trennen. Dieses System führt anschließend die gekühlten entrauchten Gase in die Kammer 310 von dem Gas-Regenerationssystem (siehe 5(c)) über einen Recyclingauslass 311 zurück. Die Kammer 310 besitzt ferner einen Frischgaseinlass 312 zur Einleitung von Gasen von außerhalb des Regenerationssystems und ein Druckablassventil und -Ausgang 313 für das Entweichen von Gasen unter übermäßigem Druck.An exhaust outlet 309 is adjacent to the feed opening 303 for the filling on top of the reaction chamber 301 localized. The exhaust outlet 309 feeds a smoke / solid product extraction system (not shown) to separate the smoke and solid fines of the products from the exhaust gases. This system then feeds the cooled, depleted gases into the chamber 310 from the gas regeneration system (see 5 (c) ) via a recycling outlet 311 back. The chamber 310 also has a fresh gas inlet 312 for introducing gases from outside the regeneration system and a pressure relief valve and outlet 313 for the escape of gases under excessive pressure.

Ein Ablaufblech 314 steht mit der Reaktionskammer 301 unmittelbar oberhalb der Verwirbelungsplatte 306 zum Ausspeisen der Batchprozess-Füllungen nach Beendigung der Bearbeitung von jedem Batch in Verbindung. Das Ablaufblech 314 ist während der Bearbeitung geschlossen und steht mit einer Löschkammer 315 zum Kühlen/Löschen von abgeleitetem Material in Verbindung.A drain sheet 314 stands with the reaction chamber 301 immediately above the swirl plate 306 for purging the batch process fills after finishing processing of each batch in connection. The drainboard 314 is closed during processing and stands with a quenching chamber 315 for cooling / extinguishing derived material in connection.

Decken- und Bodenwellenleiter 316, 318 sind oben an der Reaktionskammer 301 benachbart zu der Zuführungsöffnung 303 für die Füllung, beziehungsweise am Boden von der Reaktionskammer in der Nachbarschaft der Verwirbelungsplatte 306 lokalisiert. Der obere Wellenleiter 316 ist so positioniert, dass er den oberen Bereich von der Reaktionskammer bestrahlt, wo die Abzugsgase vorhanden sein werden, die durch die Reaktionen in der Reaktionskammer gebildet wurden. Der untere Wellenleiter 318 ist so positioniert, dass er den Bodenbereich von der Reaktionskammer oberhalb der Verwirbelungsplatte 306 bestrahlt. Es ist dies der Bereich, wo der Druck in der Reaktionskammer am höchsten sein wird. Weitere zusätzliche Wellenleiter 317 sind an der Peripherie von der Reaktionskammer 301 lokalisiert, verteilt zwischen der Decke und dem Boden und um die Umfangslänge herum (siehe 5(d)). Die Anzahl, die Bestrahlungsfrequenz und die Anordnung von den Wellenleitern sind von der spezifischen Anwendung abhängig und insbesondere wird sie von der Konfiguration der Reaktionskammer und den Eigenschaften der zu bearbeitenden Füllung abhängen. Eine Mikrowellenstrahlung bei 2.450 MHz und eine variable Gesamtleistung von bis zu 100 W pro Ausgang wurden in dem vorliegenden Beispiel verwendet. Die allgemeine Lage und Orientierung von den zusätzlichen Wellenleitern 317, die in 5(d) bildlich dargestellt sind, wird für mehrfache Wellenleiter, die entlang der Reaktionskammer 301 positioniert sind, bevorzugt. Anstelle des Zuführens der Strahlung unter Verwendung von Wellenleitern könnten Koaxialkabel oder irgendwelche anderen geeigneten Zuführungsmittel eingesetzt werden.Ceiling and ground waveguide 316 . 318 are at the top of the reaction chamber 301 adjacent to the feed opening 303 for the filling, or at the bottom of the reaction chamber in the vicinity of the swirl plate 306 localized. The upper waveguide 316 is positioned so as to irradiate the upper portion of the reaction chamber where the exhaust gasses formed by the reactions in the reaction chamber will be present. The bottom waveguide 318 is positioned so that it covers the bottom area of the reaction chamber above the swirl plate 306 irradiated. This is the area where the pressure in the reaction chamber will be highest. More additional waveguides 317 are on the periphery of the reaction chamber 301 localized, distributed between the ceiling and the floor and around the perimeter (see 5 (d) ). The number, frequency of irradiation and location of the waveguides will depend on the specific application and, in particular, will depend on the configuration of the reaction chamber and the properties of the fill to be processed. A microwave radiation at 2,450 MHz and a total variable power of up to 100 W per output were used in the present example. The general situation and orientation of the additional waveguides 317 , in the 5 (d) are depicted for multiple waveguides running along the reaction chamber 301 are positioned, preferably. Instead of supplying the radiation using waveguides, coaxial cables or any other suitable delivery means could be used.

In dem Prozess von dem vorliegenden Beispiel wurde zuerst das Cassiterit-Konzentrat in partikulärer Form mit einer Korngröße von weniger als 500 Mikrometer und in Chargen mit nahe beieinander liegenden Größenbereichen (+/– 5% im Korndurchmesser) hergestellt, welche anschließend zum Beschicken der Reaktionskammer 301 auf 200°C vorgeheizt wurden.In the process of the present example, first the cassiterite concentrate in parti in a granular size of less than 500 microns and in batches of closely spaced sizes (+/- 5% in grain diameter), which are then used to charge the reaction chamber 301 preheated to 200 ° C.

Vorgewärmte Luft wurde dann über den Luftkasten 307 durch die Verwirbelungsplatte 306 in die geschlossene Reaktionskammer 301 eingeleitet und durch den Abgasauslass 309 wieder hinaus. Sobald die Reaktionskammer ordnungsgemäß annähernd 250°C erreicht hatte, wurde die vorgewärmte Druckluft durch eine N2/CO-Mischung (bei einem N2:CO-Verhältnis von annähernd 4:1) ersetzt, die auf ungefähr 300°C vorgewärmt war, eingeleitet in das System über den Frischgaseinlass 312 von dem Gasregenerationssystem. Das CO-Gas wurde hinzugefügt, um das ionisierende Reduktionsmittel für die Reduktion von dem Cassiterit zu bilden.Preheated air was then over the air box 307 through the swirl plate 306 in the closed reaction chamber 301 initiated and through the exhaust outlet 309 out again. Once the reaction chamber had properly reached approximately 250 ° C, the preheated compressed air was replaced with a N 2 / CO mixture (at an N 2 : CO ratio of approximately 4: 1) preheated to approximately 300 ° C into the system via the fresh gas inlet 312 from the gas regeneration system. The CO gas was added to form the ionizing reducing agent for the reduction of the cassiterite.

Während die Reaktionskammer 301 mit der N2/CO-Mischung ausgespült wurde, wurde das vorgewärmte Cassi terit-Konzentrat in die Reaktionskammer 301 durch die Zuführungsöffnung 303 der Füllung eingefüllt, bis eine komplette Füllung erreicht wurde und dafür zu sorgen, dass während der Befüllung der Gebläsedruck von der N2/CO-Mischung derart angepasst wurde, dass das hereinkommende Füllmaterial nicht die Verwirbelungsplatte passierte und dass das feine Füllmaterial mit den Abgasen nicht aus der Reaktionskammer geblasen wurde. Während der Befüllung wurde die Füllglocke 304 so eingestellt, dass sie die Füllung der Ausgangsstoffe reguliert und verteilt und in Kombination mit der Regulation von dem N2/CO-Gebläsedruck, durch die Verwirbelungsplatte aufwärts in die Reaktionskammer 301 leitet, wodurch die Verwirbelung von der Füllung erstellt und gehalten wurde, wobei die feine Füllung in einer verwirbelten Suspension oder einer "Wirbelschicht" 320 gehalten wurde. Diese Wirbelschicht aus den Ausgangsstoffpartikeln maximiert die Reaktionsgrenzflächen zwischen der Cassiterit-Füllung und dem gasförmigen CO-Reduktionsmittel.While the reaction chamber 301 was rinsed with the N 2 / CO mixture, the preheated Cassi terit concentrate was in the reaction chamber 301 through the feed opening 303 filled the filling until a complete filling has been achieved and to ensure that during the filling of the blower pressure of the N 2 / CO mixture was adjusted so that the incoming filler did not pass the swirl plate and that the fine filler with the exhaust gases not was blown out of the reaction chamber. During filling the filling bell became 304 adjusted so that it regulates and distributes the charge of the starting materials and, in combination with the regulation of the N 2 / CO blower pressure, through the swirl plate up into the reaction chamber 301 whereby the turbulence of the filling was created and maintained, the fine filling being in a fluidized suspension or "fluidized bed" 320 was held. This fluidized bed of feedstock particles maximizes the reaction interfaces between the cassiterite fill and the gaseous CO-reducing agent.

Dieses Verwirbelungsregime wurde derart etabliert, dass die Wirbelschicht ausreichend stabil war und dielektrisch inkohärent, um eine Durchdringung der Mikrowellenbestrahlung von den verschiedenen Wellenleitern 316, 317, 318 zu ermöglichen.This swirling regime was established so that the fluidized bed was sufficiently stable and dielectrically incoherent to permit penetration of the microwave radiation from the various waveguides 316 . 317 . 318 to enable.

Um ein derartiges Verwirbelungsregime, welches stabil ist und die Durchdringung von der Strahlung ermöglicht, zu etablieren und zu halten, sollte der verwirbelnde Gasstrom durch die Verwirbelungsplatte 306 an der Bettbasis mit einem derartigen Druck einstrahlen, dass das Gas, während es das Bett der Füllung der Ausgangsstoffe nach oben trägt und verwirbelt, in die Richtung der Zone mit niedrigerem Druck bei der Fülllinie des Bettes (oberste Fläche von dem Bett in Richtung des Deckels von der Reaktionskammer) gezwungen wird, wo der Prozessdruck so niedrig wie oder so nahe wie möglich bei dem Atmosphärendruck sein sollte (in der Abwesenheit von einem Vakuum-Evakuierungssystem), um dadurch den benötigten Verwirbelungsdruck zu minimieren. Der Druckanfall zwischen der Verwirbelungsplatte 306 und der Fülllinie (welcher auf ein Minimum gebracht werden sollte) wird durch die Verwirbelungsdynamik von dem Bett und insbesondere von der Partikelgröße, der Dichte, dem Größenbereich, der Bettdurchlässigkeit und -Viskositäten und durch die Höhe von dem Bett bestimmt. Der Verwirbelungsdruck an der Verwirbelungsplatte 306 wird durch das Bereitstellen des gewünschten Verwirbelungsregimes bestimmt, während der oberste Druck an und oberhalb der Füllungslinie des Bettes auf ein Minimum gebracht wird. Dieser Druck an der Verwirbelungsplatte 306 wird durch den Druck geregelt, der in dem Luftkasten 307 gehalten wird. Der Druck im Luftkasten muss dem Verwirbelungsdruck zuzüglich des Druckabfalls über der Verwirbelungsplatte 306 entsprechen und er wurde durch das Gasregenerationssystem 310 und das Rückführungskontrollsystem 308 überwacht und geregelt.In order to establish and maintain such a swirl regime, which is stable and enables penetration of the radiation, the swirling gas flow through the swirl plate should be established 306 at the bed base with a pressure such that the gas, while carrying the bed of filling of the starting materials upwards and swirls, in the direction of the zone of lower pressure at the filling line of the bed (top surface of the bed in the direction of the lid from the reaction chamber) where the process pressure should be as low as or as close as possible to the atmospheric pressure (in the absence of a vacuum evacuation system) to thereby minimize the required swirling pressure. The pressure build-up between the swirl plate 306 and the fill line (which should be minimized) is determined by the swirling dynamics of the bed, and more particularly the particle size, density, size range, bed permeability and viscosities, and height of the bed. The swirl pressure at the swirl plate 306 is determined by providing the desired swirl regime while minimizing the top pressure at and above the fill line of the bed. This pressure on the swirl plate 306 is regulated by the pressure in the air box 307 is held. The pressure in the air box must be equal to the swirl pressure plus the pressure drop across the swirl plate 306 correspond and he was through the gas regeneration system 310 and the return control system 308 monitored and regulated.

Der Prozessdruckbereich, von dem der Verwirbelungsdruck an der Verwirbelungsplatte der höchste sein wird, sollte unterhalb von 300 kPa gehalten werden, um das Plasma innerhalb des thermodynamischen Nichtgleichgewichts-Regimes zu halten, womit die Prozessierungsvorteile der außerordentlich energiereichen reaktiven Partikel maximiert wird, insbesondere von solchen Partikeln, welche eine unmittelbare Funktion in der Plasmareduktionschemie einnehmen.Of the Process pressure range from which the swirl pressure at the swirl plate the highest should be kept below 300 kPa to the Plasma within the thermodynamic nonequilibrium regime to keep, with which the processing advantages of the extraordinary high-energy reactive particles is maximized, in particular of such particles, which have an immediate function in plasma reduction chemistry taking.

Die Reaktionskammer wurde anschließend mit der Mikrowellenstrahlung bei einer Frequenz von 2.450 MHz über die Wellenleiter bestrahlt und die Leistung angepasst, bis ein stabiles Nichtgleichgewichtsplasma aus Stickstoff/Kohlenmonoxid bis zur vollständigen Befüllungshöhe mit vorherrschend reaktiven CO+-Ionen gebildet wurde. Für die gebräuchliche Mikrowellenfrequenz von 2.450 MHz, welche für dieses und andere beschriebene Beispiele verwendet wurde, ist gefunden worden, dass sie außerordentlich für diese Anwendungen geeignet ist und wurde daher hauptsächlich der Einfachheit halber verwendet. Von anderen Frequenzen innerhalb des Bereiches von 30 MHz bis 300 GHz, ist für Radiofrequenzen, obgleich sie Mikrowellen sind und Frequenzen in der „Millimeter-Wellenlänge" aufweisen, jedoch gefunden worden, dass sie verschieden gut für die Erzeugung von Nichtgleichgewichtsplasmen geeignet sind, ausgetestet an einem ausgekoppelten Bereich von Empfänglichkeiten für Zielmineralien.The reaction chamber was then irradiated with the microwave radiation at a frequency of 2,450 MHz via the waveguides and the power adjusted until a stable nitrogen / carbon monoxide non-equilibrium plasma was formed to the full charge level with predominantly reactive CO + ions. The common microwave frequency of 2450 MHz used for this and other examples described has been found to be extremely suitable for these applications and has therefore been used primarily for the sake of simplicity. Of other frequencies within the range of 30 MHz to 300 GHz, radio frequencies, although microwaves and having frequencies in the "millimeter wavelength", have been found to be equally well suited for the generation of nonequilibrium plasmas a decoupled range of susceptibilities to target minerals.

Das verwirbelte Cassiterit wurde durch das gasförmige CO in den verschiedenen Zuständen (Grundzustand, angeregt und ionisiert) unter Bildung von Sn und CO2 reduziert. Die Reduktion in der Plasmaphase kann durch die nachstehende Gleichung 4(a) wo * ein/eine nicht im Grundzustand befindliche(s) rekombinierte(s) Partikel oder Spezies darstellt) wiedergegeben werden: SnO2 + 2CO+ + 2e ⇒ Sn + 2CO2* 4(a) The swirling cassiterite was caused by the gaseous CO in various states (Ground state, excited and ionized) to form Sn and CO 2 . The reduction in plasma phase can be represented by the following equation 4 (a) where * represents a non-ground state recombined particle or species: SnO 2 + 2CO + + 2e ⇒ Sn + 2CO 2 * 4 (a)

Sobald die Plasmachemie stabilisiert war, wurde feiner Kohlenstoff durch den Frischgaseinlass 312 eingespritzt, um sich mit dem verwirbelnden Druckgas (N2/CO) derart zu vermischen, dass das CO durch das während der Reduktion von Cassiterit in der gasförmigen Phase erzeugte CO2 regeneriert wurde, wodurch eine fortlaufende Einspeisung von CO+-Ionen für die andauernde Reduktion von dem Cassiterit sichergestellt wurde. Diese Reaktion, die als Boudouard-Reaktion bekannt ist, wird durch die nachstehende Gleichung 4(b) wiedergegeben: C + CO2* ⇒ 2CO 4(b) Once the plasma chemistry was stabilized, fine carbon became through the fresh gas inlet 312 to mix with the swirling pressurized gas (N 2 / CO) such that the CO was regenerated by the CO 2 generated during the reduction of cassiterite in the gaseous phase, thereby providing a continuous feed of CO + ions for the on-going Reduction of the cassiterite was ensured. This reaction, known as the Boudouard reaction, is represented by Equation 4 (b) below: C + CO 2 * ⇒ 2CO 4 (b)

Die Boudouard-Reaktion ist endotherm und dementsprechend sollte sie nur eingesetzt werden, wenn die „Temperatur"-Mäßigung angemessen ist. Diese Reaktion wird ebenfalls nur wirksam bei Temperaturen oberhalb von etwa 940°C ablaufen. Wo, als Ergebnis aus dem oben gesagten, die Boudouard-Reaktion nicht vertretbar ist, kann CH4 sowohl als Reduktionsmittel (sowohl unmittelbar als Methan oder indirekt bei Temperaturen oberhalb derer Methan zu Kohlenstoff und Wasserstoff zerfällt), zur Reduktion von dem Cassiteriterz als auch zur Regeneration von CO für weitere Reduktionen verwendet werden. Alternativ kann CH4 sowohl für die Regeneration von CO durch Reduktion von CO2 während des Prozesses als auch als teilweiser oder vollständiger Ersatz von CO in die anfängliche Eingangsgas-Mischung als anfängliches Reduktionsmittel für die Reduktion von dem Cassiterit verwendet werden. Während CH4 selbst nicht ionisiert, eine Dissoziation (Zerfall) bei Temperaturen unterhalb von 500°C in dem Mikrowellenfeld, bevor es seine Ionisierungsenergie erreicht, bildet das dabei entstehende Wasserstoffgas ein Plasma, wie es das anfängliche Reduktionsprodukt CO, sobald es produziert wird, auch macht, und wirkt dabei als ein Reduktionsmittel für die nachfolgende Reduktion in der Plasmaphase. Ferner wird ein feiner Kohlenstoffruß als Nebenprodukt von dem Methanzerfall gebildet, welcher für die Regeneration von CO ideal ist. Demzufolge wird, selbst wenn CO nicht als anfängliches Eingangsgas verwendet wird, es bald als ein Reduktionsnebenprodukt gebildet und/oder durch die Boudouard-Reaktion, wobei CO2 bei hohen Temperaturen abgebaut wird. Die Zugabe von Methan zu dem verwirbelnden Gas kann ebenfalls verwendet werden, die Zugabe von festen Kohlenstoffanteilen zu dem verwirbelnden Gas zu ersetzen, um, wie oben diskutiert, die CO-regenerierende Boudouard-Reaktion 4(b) zu ermöglichen.The Boudouard reaction is endothermic and accordingly it should only be used if the "temperature" moderation is adequate, and this reaction will only be effective at temperatures above about 940 ° C. Where, as a result of the above, the Boudouard reaction is unreasonable, CH 4 can be used both as a reducing agent (both directly as methane or indirectly at temperatures above which methane to carbon and hydrogen decomposes), for the reduction of cassiterite and for the regeneration of CO for further reductions CH 4 can be used both for regeneration of CO by reduction of CO2 during the process and as a partial or complete replacement of CO in the initial input gas mixture as initial reductant for the reduction of the cassiterite. while CH 4 itself not ionized , a dissociation (decay) at temperatures below 500 ° C in In the microwave field, before it reaches its ionization energy, the resulting hydrogen gas forms a plasma, as does the initial reduction product CO, once it is produced, thereby acting as a reducing agent for subsequent reduction in the plasma phase. Further, a fine carbon soot is formed as a by-product from the methane decomposition, which is ideal for the regeneration of CO. As a result, even if CO is not used as the initial input gas, it is soon formed as a reduction by-product and / or by the Boudouard reaction, degrading CO 2 at high temperatures. The addition of methane to the fluidizing gas may also be used to replace the addition of solid carbon moieties to the fluidizing gas to allow the CO-regenerating Boudouard reaction 4 (b), as discussed above.

Bei den niedrigeren Energie- oder „Temperatur"-Bereichen der Nichtgleichgewichtsplasmen, ist Wasserstoff ein weniger wirkungsvolles Reduktionsmittel als Kohlenstoff oder Kohlenmonoxid. Weiter entnimmt die Boudouard-Reaktion, welche endotherm ist, Energie aus dem System, wenn sie CO liefert. Dementsprechend ist es, wenn CH4 als anfängliches Eingangsgas ausgewählt wird, eine niedrigere thermodynamische Energievariante unter deren niedrigeren Energiebedingungen die "Spurenelemente", wie beispielsweise Fe, Mn, W und Si, welche möglicherweise in der Füllung der Ausgangsstoffe aus Erz enthalten sind, eine geringere Wahrscheinlichkeit aufweisen, mit der gleichen Leichtigkeit wie Cassiterit reduziert zu werden, was ein reineres Reduktionsprodukt liefert.At the lower energy or "temperature" ranges of non-equilibrium plasmas, hydrogen is a less effective reductant than carbon or carbon monoxide, and the Boudouard reaction, which is endothermic, removes energy from the system when it delivers CO. Accordingly, it When CH 4 is selected as the initial input gas, a lower thermodynamic energy variant under its lower energy conditions, the "trace elements", such as Fe, Mn, W, and Si, possibly contained in the charge of the source of ore, are less likely to be present the same ease as cassiterite, yielding a purer reduction product.

Darüber hinaus führt die Verwendung von CH4 ein weiteres Gas in das System ein, was in einer komplexeren Mischung der Abzugsgase resultiert, die eine Bearbeitung und Trennung benötigen. Die chemischen Reaktionen, die mit der Einführung von CH4 verbunden sind, können durch die nachstehenden Gleichungen 4(c) bis 4(g), zuzüglich der Boudouard-Gleichung 4(b), wiedergegeben werden: CH4 ⇒ C + 2H2 4(c) SnO2 + 2C ⇒ Sn + 2CO 4(d) SnO2 + 2CO ⇒ Sn + 2CO2 4(e) 2H2 ⇒ 4H+ + 4e- 4(f) SnO2 + 4H+ + 4e- ⇒ Sn + 2H2O 4(g) In addition, the use of CH 4 introduces another gas into the system, resulting in a more complex mixture of exhaust gases requiring processing and separation. The chemical reactions associated with the introduction of CH 4 can be represented by Equations 4 (c) to 4 (g) below, plus Boudouard Equation 4 (b): CH 4 ⇒ C + 2H 2 4 (c) SnO 2 + 2C ⇒ Sn + 2CO 4 (d) SnO 2 + 2CO ⇒ Sn + 2CO 2 4 (e) 2H 2 ⇒ 4H + + 4e - 4 (f) SnO 2 + 4H + + 4e - ⇒Sn + 2H 2 O 4 (g)

Zusätzliche chemische Reaktionen, die bezüglich der Komponenten der Gasmischung in der Atmosphäre der Reaktionskammer (mit dem Zusatz von Methan) von Bedeutung sind, können durch die Gleichungen 4(h) und 4(i) wiedergegeben werden: 2CO + CH4 ⇒ 2C + 2H2O 4(h) N2 + CO2 + 2CH4 ⇒ 2C + 2NH3 + CO + H2O 4(i) Additional chemical reactions that are significant with respect to the components of the gas mixture in the atmosphere of the reaction chamber (with the addition of methane) can be represented by Equations 4 (h) and 4 (i): 2CO + CH 4 ⇒ 2C + 2H 2 O 4 (h) N 2 + CO 2 + 2CH 4 ⇒ 2C + 2NH 3 + CO + H 2 O 4 (i)

Diese Reaktionen sind ebenfalls für die Regula tion der Abzugsgase, der Minimierung von negativen Umwelteinflüssen und der Rückgewinnung von Prozess-Nebenprodukten als wertvolle Materialen von Bedeutung. Diese Reaktionen finden in der Reaktionskammer statt und können, wenn es gewünscht wird, in einer Intensivkammer von dem Abgasauslass 309 vollständig beendet werden. Da die Stöchiometrie bewahrt wird, sind die Gleichungen 4(h) und 4(i) hier in der Form des Grundzustandes der Einfachheit halber verallgemeinert worden. Kohlenmonoxid und Stickstoff werden ionisiert werden, während hingegen (wenn nicht alles schon dissoziiert ist) Methan zu Ruß und Wasserstoff zerfällt, die ionisieren werden. Es sind ebenfalls andere Reaktionen und Ergebnisse möglich, aber weniger stabil, und von daher unwahrscheinlich.These reactions are also important for the regulation of the flue gases, the minimization of negative environmental influences and the recovery of process by-products as valuable materials. These reactions take place in the reaction chamber and, if desired, can be carried out in an intensive chamber from the exhaust outlet 309 completely finished. Since the stoichiometry is preserved, equations 4 (h) and 4 (i) have been generalized here in the form of the ground state for the sake of simplicity. Carbon monoxide and nitrogen will be ionized, while on the other hand (if not everything is already dissociated) methane breaks down into soot and hydrogen, which will ionize. Other reactions and results are possible, but less stable, and therefore unlikely.

Während des Aufarbeitens werden Abzugsgase durch den Abgasauslass 309 abgesaugt. Das Abgas kann, wenn es in einen Zyklon abgesaugt wird, um es zu trennen und enthaltende feste Feinanteile aus den heißen Abzugsgasen zu entfernen, die für die Gaswäsche oder das Recycling (Regenerierung) gebunden werden.During workup, exhaust gases are exhausted through the exhaust outlet 309 aspirated. The exhaust gas, when exhausted into a cyclone, can be separated to remove it and contain solid fines from the hot flue gases that are bound for gas scrubbing or recycling (regeneration).

Die Reduktion von dem Cassiterit produziert Zinn (wie in Gleichung 4(a) angedeutet) in der Form von flüssigen Mikrokügelchen, welch sich innerhalb der Cassiterit-Partikel und an der Partikeloberfläche bilden, wo sie durch die innewohnende hohe Oberflächenspannung von dem flüssigen Zinn zuzüglich eines Films aus Material mit höherem Schmelzpunkt, das durch Refusionierung oder als Nebenprodukt der Reduktion von Gangartmineralien entstanden ist, festgehalten werden.The Reduction of the cassiterite produces tin (as in Equation 4 (a) indicated) in the form of liquid Microspheres which form within the cassiterite particles and on the particle surface, where by the inherent high surface tension of the liquid tin plus a film of material with higher Melting point by refusion or by-product of the reduction of gangue minerals.

Bei einem Bearbeitungspunkt, der über die Erfahrung und einen analysierten Mittelwert von den angesammelten Daten (Ladung vs. Zeit vs. eingesetzte Energie) unter Bezug auf den Grad der Reduktion von allen vorherigen Prozess-Chargen bestimmt ist, wird die Mikrowellenbestrahlung von der Reaktionskammer 301 beendet. Die partikelförmige Materie von dem noch flüssigen Bett wird anschließend auf etwa 200°C in einem nicht-oxidierenden Druckgas (in diesem Beispiel wurde Stickstoff verwendet) abgekühlt, um das Zinn zu verfestigen. Die festen Bestandteile von dem Bett wurden danach aus der Reaktionskammer 301 durch das Ablaufblech 314 in die Löschkammer 315 für die weitere sauerstofffreie Löschung (wenn benötigt) abgelassen.At a processing point determined by the experience and an analyzed mean of the accumulated data (charge vs. time vs applied energy) with respect to the degree of reduction of all previous process batches, microwave irradiation from the reaction chamber becomes 301 completed. The particulate matter from the still-liquid bed is then cooled to about 200 ° C in a non-oxidizing pressurized gas (in this example nitrogen was used) to solidify the tin. The solids from the bed were then removed from the reaction chamber 301 through the drainboard 314 in the extinguishing chamber 315 drained for further oxygen-free extinguishment (if needed).

Der metallische Zinngehalt kann anschließend aus den gelöschten Festanteilen durch einen geeigneten elektrochemischen oder anderen Rückgewinnungsprozess erhalten werden. Nach der Rückgewinnung von dem hochreinen Zinn, kann zurückgebliebenes, unvollständig reduziertes Cassiterit oder anderes partikuläres Mineralienmaterial getrocknet und zur Wiederbearbeitung durch den Wirbelschichtreaktor in eine nachfolgende Füllungsmischung zurückgegeben werden. Irgendwelche anderen Feinanteile, die von dem Zinn-Rückgewinnungsprozess verbleiben, können weiteren Extraktionsprozessen unterworfen werden, um jeden verbliebenen hochwertigen Metallbestandteil (oder toxischen Bestandteil, der Abtrennung und Entsorgung benötigt), der Metalle wie Au, Ag, Th, Seltene Erdmetalle (RE's), Ta, W oder Bi einschließt, zu extrahieren.Of the Metallic tin content can then be removed from the quenched solids by a suitable electrochemical or other recovery process to be obtained. After the recovery from the highly pure tin, can be left behind, incompletely reduced Cassiterite or other particulate Mineral material dried and reworked by the Fluidized bed reactor returned to a subsequent filling mixture become. Any other fines derived from the tin recovery process can remain be subjected to further extraction processes to any remaining high quality Metal component (or toxic component, separation and Disposal required), the Metals such as Au, Ag, Th, rare earth metals (RE's), Ta, W or Bi include.

BEISPIEL 5EXAMPLE 5

In der extraktiven Reduktion von vergleichbaren Metallsulfiden von der Form MS2, kann das „erste" Schwefelatom durch Reduktion mit relativer Leichtigkeit entfernt werden, um die Rohsteinform MS zu ergeben. Typischerweise werden, in einem zweiten Reduktionsschritt, intensivere pyrometallurgische Prozesse zur Entfernung von dem verbliebenen Schwefel benötigt, um das primäre Metall herzustellen.In the extractive reduction of comparable metal sulfides of the form MS 2 , the "first" sulfur atom can be removed by reduction with relative ease to give the rough stone form MS Typically, in a second reduction step, more intense pyrometallurgical processes for removal of the remaining Sulfur is needed to make the primary metal.

Dieses Beispiel beschreibt ausführlich einen Prozess zur Reduktion von einem Molybdänit-(MoS2-) Erzkonzentrat in festem Zustand, der einen rohen Molybdän-Metallschwamm ergibt – offensichtlich „gesintert" durch Phasen mit niedrigerem Schmelzpunkt (Gangart- und Verunreinigungsmetalle). Die Reduktion zum Metall wurde in einem kontinuierlichen Einstufen-Prozess erreicht, in dem die Pneumatik von einem Wirbelschichtreaktor mit Pfropfströmung verwendet wurde, um die zur Anwendung gebrachte elektromagnetische Energie abzumildern und auszugleichen und Reaktionen mit einer einheitlichen Verteilung der Energie durch die absteigende Säule des Füllmaterials gleichförmig zu stimulieren. Die Vorrichtung, die für die Ausführung von dem Prozess verwendet wurde, ist in 6 dargestellt.This example describes in detail a process for the reduction of a solid state molybdenite (MoS 2 ) ore concentrate yielding a crude molybdenum metal sponge - apparently "sintered" by lower melting point phases (gangue and impurity metals) was achieved in a continuous one-step process in which the pneumatics from a fluidized bed reactor with plug flow was used to attenuate and balance the applied electromagnetic energy and to uniformly stimulate reactions with a uniform distribution of energy through the descending column of filler Device that was used for the execution of the process is in 6 shown.

Der verwendete Wirbelschichtreaktor mit Pfropfströmung 400 wurde für das kontinuierliche Bearbeiten konfiguriert. In einem derartigen Reaktor ist das Druckgas von einem Druckkasten 407 in die Reaktionskammer 401 durch einen perforierten Verwirbelungsring 406 gerichtet, die den Platz von der Verwirbelungsplatte aus Beispiel 3 einnimmt. Im Gegensatz zu dem für den Batchbetrieb konfigurierten Reaktor 300 in Beispiel 3, wird das Füllmaterial des Ausgangsstoffes mit Unterbrechungen oder kontinuierlich über die Füllglocke 404 (oder einem Äquivalent zur Drehschurre) eingespeist und durch das aufsteigende Druckgas verwirbelt, wobei die absteigende Wirbelschicht die Mechanik von der Pfropfströmung befolgt. Die Feststoffe der Pfropfströmung werden vollständig durch die Reaktionen von dem Prozess umgesetzt, bevor sie aus der Reaktionskammer 401 durch den offen Ablauftrichter 414 in dem Zentrum von dem Verwirbelungsring 406 in eine Löschkammer 415 durchgeleitet wird. Das Füllmaterial der Ausgangsstoffe wird kontinuierlich in die Reaktionskammer 401 eingespeist und die Feststoffe der Reaktionsprodukte kontinuierlich, ohne den Reaktor abzuschalten, entfernt.The used fluidized bed reactor with plug flow 400 has been configured for continuous editing. In such a reactor, the pressurized gas is from a pressure box 407 in the reaction chamber 401 through a perforated vortex ring 406 directed, which takes the place of the swirl plate of Example 3. Unlike the reactor configured for batch operation 300 in Example 3, the filling material of the starting material is interrupted or continuously over the filling bell 404 (or equivalent to the rotary chute) and swirled by the ascending compressed gas, the descending fluidized bed following the mechanics of the plug flow. The solids of the plug flow are completely reacted by the reactions of the process before leaving the reaction chamber 401 through the open drainage funnel 414 in the center of the swirl ring 406 in a quenching chamber 415 is passed through. The filling material of the starting materials is continuously in the reaction chamber 401 fed and the solids of the reaction products continuously without switching off the reactor removed.

In dem vorliegenden Beispiel wurde das Molybdänit-Erzkonzentrat in einer partikulären Form mit einer Korngröße von weniger als 200 Mikrometer her gestellt und mit einem festen Reduktionsmittel in der Form von granulierter Aktivkohle in einem Größenbereich von 100 bis 1200 Mikrometer mit dem stöchiometrischen Verhältnis von 2:1 C:S vermischt. Die Auswahl von der granulierten Aktivkohle in diesem höheren Größenbereich zwangsweise eingeführt, um eine bessere Durchlässigkeit von dem Bett angesichts der plattenartigen Morphologie von Molybdänit bereitzustellen. Die Füllung mit dem Molybdänit/Aktivkohl-Gemisch wurde anschließend als Vorbereitung für das Beschicken von der Reaktionskammer 401 auf annähernd 300°C vorgewärmt.In the present example, the molybdenite ore concentrate was prepared in a particulate form having a grain size of less than 200 micrometers and coated with a solid reducing agent in the form of granulated activated carbon in a size range range from 100 to 1200 microns with the stoichiometric ratio of 2: 1 C: S mixed. The selection of the granulated activated carbon in this higher size range is forcibly introduced to provide better permeability of the bed in view of the plate-like morphology of molybdenite. The filling with the molybdenite / activated carbon mixture was then prepared in preparation for loading from the reaction chamber 401 preheated to approximately 300 ° C.

Zu Beginn von dem kontinuierlichen Prozess wurde vorgewärmte Luft durch die Reaktionskammer 401 über den Luftkasten 407 und den Verwirbelungsring 406 ordnungsgemäß in die Reaktionskammer 401 eingespült und durch den Abgasauslass 409 hinaus. Sobald die Temperatur in der Reaktionskammer annähernd 300°C erreicht hatte, wurde die vorgewärmte Druckluft durch ein Gemisch aus 10% CO in Luft ersetzt, das vorher auf annähernd 300°C vorgewärmt war, und nach dem Prozessstart auf 600°C bei einer Geschwindigkeit von 10°C pro Minute erhöht wurde.At the beginning of the continuous process was preheated air through the reaction chamber 401 over the air box 407 and the swirl ring 406 properly in the reaction chamber 401 flushed in and through the exhaust outlet 409 out. When the temperature in the reaction chamber reached approximately 300 ° C, the preheated compressed air was replaced by a mixture of 10% CO in air previously preheated to approximately 300 ° C and at 600 ° C at the speed of 10 ° C per minute was increased.

Während die Reaktionskammer mit der CO/Luft-Mischung bei einem niedrigen Gebläsedruck derart gespült wurde, dass die festen Feinanteile nicht mitgerissen und mit den Abzugsgasen abgesaugt wurden, wurde die vorgewärmte Füllung von dem Molybdänit/Aktivkohl-Gemisch in die Reaktionskammer 401 (mit der berechneten Geschwindigkeit von der Einspeisung für den kontinuierlichen Prozess) über die Zuführungsöffnung 403 zum Einfüllen der Ausgangsstoffe und der Füllglocke 404 eingespeist. Eine anfängliche Füllung der Ausgangsstoffe bildete einen vorübergehenden Ablauftrichterpfropfen in dem Ablauftrichter 414 zwischen dem geschlossenen Ablauf-Kontrollventil 419 und der ersten Füllung an Material oberhalb von dem Verwirbelungsring 406, welcher der vollständigen Bearbeitung unterworfen war, sobald eine kontinuierliche Pfropfströmung ausgelöst worden war. Sobald eine kontinuierliche Pfropfströmung ausgelöst worden war, wurde das Ablauf-Kontrollventil 419 geöffnet. Das erste herauskommende nicht prozessierte und ungenügend prozessierte Material wurde aus dem Löschkammersystem entfernt und zum Mischen mit frischem Vermischungsmaterial zurückgegeben. Während die Säule in der Reaktionskammer ihre vollständige Füllung erreichte und während dem Anlaufstadium, wurde die neue Wirbelschicht überwacht, um so das Pfropfströmungs-Regime zu etablieren und zu erhalten, was die vollständige metallurgische Umwandlung (nach Analyse) versus der mittleren Verweilzeit (in der Reaktionskammer) optimierte. Das Wirbelschicht-Regime wurde mit einer ausreichenden Stabilität der Wirbelschicht und einer dielektrischen Inkohärenz etabliert, um so die Durchdringung der Mikrowellenstrahlung von den verschiedenen Wellenleitern 416, 417, 418, die oben, an den Seiten und am Boden von der Reaktionskammer 401 in einer ähnlichen Art und Weise wie in Beispiel 3 angebracht waren, zu ermöglichen.While the reaction chamber was purged with the CO / air mixture at a low blower pressure such that the solid fines were not entrained and exhausted with the flue gases, the preheated filling of the molybdenite / activated carbon mixture into the reaction chamber 401 (at the calculated speed from the feed for the continuous process) via the feed port 403 for filling the starting materials and the filling bell 404 fed. An initial charge of the starting materials formed a temporary downcomer plug in the downcomer 414 between the closed drain control valve 419 and the first fill of material above the swirl ring 406 which was subject to complete processing once a continuous plug flow had been initiated. Once a continuous plug flow had been triggered, the drain control valve became 419 open. The first out-of-process, unprocessed and insufficiently processed material was removed from the quenching system and returned for mixing with fresh blend material. As the column reached full charge in the reaction chamber and during the startup stage, the new fluidized bed was monitored to establish and maintain the plug flow regime, indicating complete metallurgical conversion (after analysis) versus mean residence time (in the reaction chamber ) optimized. The fluidized bed regime has been established with sufficient fluidized bed stability and dielectric incoherence to allow the penetration of microwave radiation from the various waveguides 416 . 417 . 418 , the top, sides and bottom of the reaction chamber 401 in a manner similar to that provided in Example 3.

Der Druck oben in der Reaktionskammer (Druck oberhalb der Fülllinie des Bettes) sollte so nahe wie möglich bei einer Atmosphäre liegen (angesichts des Druckabfalls durch das Bett von den Druck am Boden, der benötigt wird, das Verwirbelungs-Regime zu halten), was es ermöglicht, dass der Verwirbelungsdruck am Boden von der Reaktionskammer unterhalb von dem bevorzugten Limit von 300 kPa gehalten werden kann.Of the Pressure at the top of the reaction chamber (pressure above the filling line of the bed) should be as close as possible in an atmosphere lie in the face of the pressure drop across the bed from the pressure at Soil that needed will keep the vortex regime), which makes it possible that the swirling pressure at the bottom of the reaction chamber below of the preferred limit of 300 kPa.

Obgleich kurze elektromagnetische Wellenlängenfrequenzen in Bereichen oberhalb von 12 GHz hätten bevorzugt werden können, als Ergebnis der erhöhten Empfindlichkeit von Molybdänit bei diesen Frequenzen, angezeigt durch Ergebnisse der Analyse der Mineralien-Empfindlichkeit vs. Bestrahlungsfrequenz, wurde die Bestrahlung bei der gebräuchlichen Frequenz von 2.450 MHz aus Gründen der Verfügbarkeit und der Einfachheit verwendet (und als für diesen Zweck angemessen gefunden). Sobald die Füllung in der Reaktionskammer 401 sich nahe der Gebläsetemperatur von annähernd 600°C stabilisiert hatte, wurde die Reaktionskammer mit Mikrowellenstrahlung über die verschiedenen Wellenleiter 416, 417, 418 bestrahlt. Die angewandte Leistung wurde angepasst, bis sich ein stabiles Plasma mit vorwiegend reaktiven CO+-Ionen in dem Stickstoffplasma gebildet hatte. Die CO+-Ionen wurden im Anschluss an die Umwandlung von O2 und CO2 in der Gegenwart von Aktivkohle gebildet, wenn die Temperatur in der Reaktionskammer über 950°C ansteigt, wie in den früheren Beispielen diskutiert, wobei die „Temperatur" der Reaktionskammer zu der idealen Plasmareduktions-"Temperatur" von 1.050°C bis 1.100°C ansteigt (wie durch ein abgeschirmtes Thermoelement gemessen).Although short electromagnetic wavelengths in regions above 12 GHz could have been preferred as a result of the increased sensitivity of molybdenite at these frequencies, as indicated by minerals sensitivity vs. silica analysis results. Irradiation frequency, irradiation was used (and deemed appropriate for this purpose) at the common frequency of 2450 MHz for reasons of availability and simplicity. Once the filling in the reaction chamber 401 stabilized near the fan temperature of approximately 600 ° C, the reaction chamber was irradiated with microwave radiation through the various waveguides 416 . 417 . 418 irradiated. The applied power was adjusted until a stable plasma with predominantly reactive CO + ions had formed in the nitrogen plasma. The CO + ions were formed following the conversion of O 2 and CO 2 in the presence of activated carbon as the temperature in the reaction chamber rises above 950 ° C, as discussed in the earlier examples, with the "temperature" of the reaction chamber to the ideal plasma reduction "temperature" of 1050 ° C to 1100 ° C (as measured by a shielded thermocouple).

Während die exakte Reduktionsroute, die erreicht wird, nicht einfach ist, hatte die Zugabe von kleinen Mengen an Calciumoxid (CaO) zu der Füllungsmischung der Ausgangsstoffe oder von getrockneten Pellets aus pelletisierter Molybdänit/Calciumoxid/braune Aktivkohle-Paste mit engem Größenbereich, hier 1,5 mm ± 0,1 mm bis 3,0 mm ± 0,2 mm, welche ideal für die Bettdurchlässigkeit und die Reduktionschemie mit gesteigerten Kinetiken waren, eine fördernde Wirkung auf die Reaktionskinetiken und die Vollständigkeit der Reaktion.While the exact reduction route that is achieved is not easy had the addition of small amounts of calcium oxide (CaO) to the filling mixture raw materials or pellets of dried pellets Molybdenite / calcium / brown Activated charcoal paste with a narrow size range, here 1.5 mm ± 0.1 mm to 3.0 mm ± 0.2 mm, which is ideal for the bed permeability and the reduction chemistries with enhanced kinetics were one promotional Effect on the reaction kinetics and the completeness the reaction.

Herausragende Reduktionsreaktionen, von denen verstanden wird, dass sie während der Bearbeitung vorkommen sind (ohne Ionisationsäquivalente) in den Gleichungen 5(a) bis 5(d) wiedergegeben: Die Gleichung 5(a) gibt die anfängliche Ablösung von dem ersten Schwefelatom aus MoS2 wieder und die nachfolgende Reduktion zu dem elementaren Molybdän wird durch die Gleichung 5(b) wiedergegeben: MoS2 + O2 ⇒ MoS + SO2 5(a) 2MoS + C ⇒ Mo + CS2 5(b) CS2 + 2O2 ⇒ C + 2SO2 5(c) Outstanding reduction reactions that are understood to occur during processing (without ionization equivalents) are presented in Equations 5 (a) through 5 (d): Equation 5 (a) gives the initial detachment from the first sulfur atom of MoS 2 again and the subsequent reduction to the elemental molyb dan is represented by Equation 5 (b): MoS 2 + O 2 ⇒ MoS + SO 2 5 (a) 2MoS + C ⇒ Mo + CS 2 5 (b) CS 2 + 2O 2 ⇒ C + 2SO 2 5 (c)

Die Gleichungen 5(d) und 5(e) geben die alternative Route wieder, wenn Calciumoxid hinzugefügt worden ist: MoS2 + 2CaO ⇒ MoO2 + 2CaS 5(d) MoO2 + 2C ⇒ Mo + 2CO 5(e) Equations 5 (d) and 5 (e) represent the alternative route when calcium oxide has been added: MoS 2 + 2CaO ⇒ MoO 2 + 2CaS 5 (d) MoO 2 + 2C ⇒ Mo + 2CO 5 (e)

Sobald sich die Plasmachemie stabilisiert hat, kann feiner Kohlenstoff mit dem verwirbelnden Gasgemisch derart eingespeist werden, dass, wo es benötigt wird, CO sich aus O2 und CO2 (erzeugt während der Reduktion) mit dem Kohlenstoff hoch in der Reaktionskammer regeneriert, um den Schutz von einer reduzierenden Atmosphäre in einer ähnlichen Art und Weise wie in Beispiel 4 zu gewähren. Wie in Bezug zu Beispiel 4 diskutiert, ist die CO2-Reduktion, die Boudouard-Reaktion, endotherm und das Gleichgewicht der Reaktionen in dem Reaktor kann derart manipuliert werden, dass "Temperatur"-Profile des Reaktors gehalten werden können, wie es der Fall in dem früheren Beispiel war.Once the plasma chemistry has stabilized, fine carbon can be fed to the fluidizing gas mixture such that, where needed, CO is regenerated from O 2 and CO 2 (generated during reduction) with the carbon high in the reaction chamber to produce the To provide protection from a reducing atmosphere in a similar manner as in Example 4. As discussed in relation to Example 4, the CO 2 reduction, the Boudouard reaction, is endothermic and the equilibrium of the reactions in the reactor can be manipulated so that "temperature" profiles of the reactor can be maintained as the case may be in the earlier example.

Ebenfalls kann in einer ähnlichen Art und Weise wie in Beispiel 4, CH4 sowohl zum Regenerieren von CO als auch zum Bereitstellen von einem extra Kontrollmechanismus (zusätzlich zu der Kontrolle von der angewandten elektromagnetischen Strahlung) durch Ausgleichen der chemischen Energie, die durch die exothermen Reaktionen freigesetzt wurde, und derjenigen, die durch endotherme Reaktionen innerhalb der Reaktionskammer absorbiert wurde, eingeführt werden. Die verschiedenen Reaktionen, die aus der Zugabe von CH4 resultieren, sind diejenigen von den Gleichungen 4(c), 4(b), 4(f), 4(h) und 4(i), die im Bezug zu Beispiel 4 diskutiert wurden. Es sollte beachtet werden, dass, während der Wasserstoff seine Wirksamkeit als Reduktionsmittel bei den höheren Prozesstemperaturen von dem vorliegenden Prozess steigert, verdrängt es Kohlenmonoxid in seiner Reduktionswirksamkeit nicht in den Hintergrund, wenn nicht vie höhere Temperaturen (oberhalb von 2.000°C) erreicht werden. Darüber hinaus wird die Dissoziation von Methan bei der Bereitstellung von aktivem Wasserstoff in der Produktion von Schwefelwasserstoff-(H2S-)Gas resultieren, was normalerweise eine weniger wünschenswerte Abgasoption ist. Die zusätzlichen Reduktionsreaktionen, die aus der Erzeugung von Wasserstoffionen durch die Zugabe von Methan resultieren, können durch die Gleichungen 5(f) und 5(g) wiedergegeben werden: MoS2 + 2H+ ⇒ MoS + H2S 5(f) MoS + 2H+ ⇒ Mo + H2S 5(g) Also, in a similar manner as in Example 4, CH 4, both to regenerate CO and to provide an extra control mechanism (in addition to the control of the applied electromagnetic radiation) by balancing the chemical energy generated by the exothermic reactions and that which has been absorbed by endothermic reactions within the reaction chamber. The various reactions resulting from the addition of CH 4 are those of Equations 4 (c), 4 (b), 4 (f), 4 (h), and 4 (i) discussed in relation to Example 4 were. It should be noted that while the hydrogen increases its effectiveness as a reducing agent at the higher process temperatures of the present process, it does not tend to displace carbon monoxide in its reduction efficiency unless higher temperatures (above 2,000 ° C) are achieved. In addition, the dissociation of methane will result in the provision of active hydrogen in the production of hydrogen sulfide (H 2 S) gas, which is usually a less desirable exhaust gas option. The additional reduction reactions resulting from the generation of hydrogen ions by the addition of methane can be represented by Equations 5 (f) and 5 (g): MoS 2 + 2H + ⇒ MoS + H 2 S 5 (f) MoS + 2H + ⇒ Mo + H 2 S 5 (g)

An dem Boden von der Reaktionskammer 401 wurde das lose, flüssige oder partikelförmige Feststoffprodukt von dem absteigenden Bett durch den Ablauftrichter 414 abgelassen. Die Geschwindigkeit der Abnahme in dem Bett wurde durch die Geschwindigkeit des Ablaufens von prozessiertem festen Material durch den Ablauftrichter 414 kontrolliert, welcher durch die Einstellung von dem Ablauf-Kontrollventil 419 gesteuert wird. Die Verweilzeit in der Reaktionskammer ist durch die Geschwindigkeit der Abnahme der Pfropfströmung (von Füllungselementen) bestimmt, welche (ungehinderte partikuläre Fluidität vorausgesetzt) durch die Ablaufgeschwindigkeit kontrolliert ist, welche wiederum durch die Einstellung des Ablauf-Kontrollventils reguliert wird. Die Verweilzeit wird durch die Parameter der thermochemischen Bearbeitung (wie beispielsweise chemische Verfügbarkeit, Kontakt- und Reaktionsgrenzflächen-Diffusion, chemische Spezies, verfügbare Energie und benötigte Energie) und die physikalischen und chemischen Kinetiken bestimmt, welche die Gesamt geschwindigkeit der chemischen Umwandlung festsetzen, demzufolge auch die Zeit, die für die chemische Umwandlung benötigt wird. Die Zeit, welche für die chemische Umwandlung benötigt wird, sollte idealerweise geringfügig niedriger oder gleich zu der vorgesehenen Verweilzeit von dem Ausgangsmaterial in der Reaktionskammer sein.At the bottom of the reaction chamber 401 The loose, liquid or particulate solid product from the descending bed was passed through the downcomer 414 drained. The rate of decrease in the bed was determined by the rate of drainage of processed solid material through the downcomer 414 which is controlled by the setting of the drain control valve 419 is controlled. The residence time in the reaction chamber is determined by the rate of decrease of the plug flow (of filling elements), which (provided unobstructed particulate fluidity) is controlled by the discharge rate, which in turn is regulated by the setting of the drain control valve. The residence time is determined by the parameters of thermochemical processing (such as chemical availability, contact and reaction interface diffusion, chemical species, available energy and energy required) and the physical and chemical kinetics which determine the overall rate of chemical conversion, hence also the time needed for the chemical transformation. The time required for the chemical transformation should ideally be slightly less than or equal to the intended residence time of the starting material in the reaction chamber.

Das abgelassene Material trat in die Löschkammer 415 ein, wo es während des Abkühlens leichtflüssig gehalten wurde, um die Zusammenballung der Partikel zu minimieren und das „Sintern" der Hauptmasse zu verhindern. Das partikelförmige Festprodukt ist in einer Form, die leicht gelenkt und gehandhabt werden kann und kann für die weitere Veredelungsbearbeitung, wie beispielsweise eine Lichtbogen- oder Ionenstrahlschmelze, zu einem Zonenveredelungsprozess gesendet werden.The drained material entered the quench chamber 415 where it has been kept fluid during cooling to minimize particle agglomeration and to prevent bulk "sintering." The particulate solid product is in a form that can be easily steered and handled, and can be used for further refining processing. such as an arc or ion beam melt, are sent to a zone refining process.

Da das Produkt kontinuierlich aus der Wirbelschicht-Reaktionskammer (Säule) 401 abgelassen wurde, wurde frisches Material der Füllungsmischung fortlaufend auf die Fülllinie von der Wirbelschicht in einer gleichmäßigen Art und Weise derart aufgefüllt, dass die Höhe der Fülllinie konstant blieb.As the product continuously from the fluidized bed reaction chamber (column) 401 was discharged, fresh material of the filling mixture was continuously filled to the filling line of the fluidized bed in a uniform manner so that the height of the filling line remained constant.

BEISPIEL 6EXAMPLE 6

Dieses Beispiel beschreibt ausführlich einen Prozess zur Reduktion von Hämatit (Fe2O3) unter Verwendung von einem Fördergerät, um das Füllungsmaterial der Ausgangsstoffe durch eine Reaktionskammer bei Atmosphärendruck in einem kontinuierlichen Prozess hindurchzuleiten. Die Vorrichtung, als kontinuierlich förderergespeister Reaktor bezeichnet, die für die Ausführung von dem Prozess verwendet wurde, ist in 7 dargestellt.This example describes in detail a process for the reduction of hematite (Fe 2 O 3 ) using a conveyor to pass the charge material of the raw materials through a reaction chamber at atmospheric pressure in a continuous process. The device as a continuous conveyor fed reactor be that was used to run the process is in 7 shown.

Feines Hämatit wurde mit einem Reduktionsmittel in der Form von feiner brauner Aktivkohle vermischt und die Mischung unter Verwendung einer braunen Aktivkohleaufschlämmung in eine Paste eingebunden, was in einem Fe:C-Verhältnis von ungefähr 2:3 resultierte. Die Paste wurde zu Pellets von annähernd 3 mm Durchmesser agglomeriert und diese getrocknet, bis sie hart waren.fine hematite was treated with a reducing agent in the form of fine brown Activated carbon mixed and the mixture using a brown Aktivkohleaufschlämmung embedded in a paste, resulting in a Fe: C ratio of approximately 2: 3 resulted. The paste became pellets of approximately 3 mm diameter and agglomerated until hard.

Die getrockneten Pellets 501 wurden anschließend gleichmäßig über ein Sinterband-artiges Fördergerät 502 verteilt, das derart konfiguriert war, dass es den Druckgasen ermöglichte, durch es hindurchzuströmen.The dried pellets 501 were then evenly over a sintered belt-like conveyor 502 configured so that it allowed the compressed gases to flow through it.

Die Pellets 501 auf dem Fördergerät 502 wurden anschließend durch die Reaktionskammer 503 von dem kontinuierlich förderergespeisten Reaktor befördert. Die Reaktionskammer 503 ist mit einem Einlassdrossel-Bereich 503a mit beschränktem Querschnitt, einem offenen Hauptkammerbereich 503b und einem Auslassdrossel-Bereich 503c mit beschränktem Querschnitt konfiguriert.The pellets 501 on the conveyor 502 were subsequently passed through the reaction chamber 503 transported from the continuous conveyor fed reactor. The reaction chamber 503 is with an intake throttle area 503a with limited cross-section, an open main chamber area 503b and an outlet throttle area 503c configured with limited cross section.

Die getrockneten Pellets 501 wurden zuerst mit Mikrowellenstrahlung über einen Vorwellenleiter 504 in dem Einlassdrossel-Bereich 503a bei einer Frequenz von annähernd 915 MHz bestrahlt, womit eine vorübergehende Erwärmung der Pellets bereitgestellt wurde. Diese vorläufige Erwärmung kann die Hämatit/Aktivkohle-Ausgangsstoffe auf über 500°C bringen, in der Nähe von einer Temperatur, die in der Lage ist, die anfänglichen Reduktionsreaktionen auszulösen. Indem die Pellets von dem Bereich der Einlassdrossel 503a in Richtung des offenen Hauptbereiches 503b von der Reaktionskammer 503 transportiert werden, werden sie mit Mikrowellenstrahlung von den zentralen Wellenleitern 505 bei einer Frequenz von 2.450 MHz bestrahlt. In diesem zentralen Bereich wird ein heißer Luftstrom (bei ungefähr 800°C) auf die pelletisierte Ausgangsstofffüllung aus einem Gebläseeinlass 506 vermittelt, der unmittelbar unterhalb von dem Fördergerät 502 in dem Zentrum von dem Hauptkammerbereich 503b positioniert ist. Der heiße Sauerstoff von der Luft, der durch den Kohlenstoff von den (nun rot glühenden) heißen Ausgangsstoffen von der Fördergerätfüllung (bei Temperaturen von bis zu 1.000°C) hindurchströmt, wandelt schnell den Kohlenstoff in Kohlenmonoxid um. Ein N2/CO-Plasma wird unmittelbar über der Füllung in dem Bereich von dem Gebläseeinlass 506 aufrecht gehalten, wo es außerordentlich energiereiche reaktive Spezies in der primären Reduktionszone bereitstellt.The dried pellets 501 were first using microwave radiation via a waveguide 504 in the intake throttle area 503a irradiated at a frequency of approximately 915 MHz, thus providing a temporary heating of the pellets. This preliminary heating can bring the hematite / charcoal feeds above 500 ° C, near a temperature capable of initiating the initial reduction reactions. By removing the pellets from the area of the intake throttle 503a in the direction of the open main area 503b from the reaction chamber 503 They are transported by microwave radiation from the central waveguides 505 irradiated at a frequency of 2,450 MHz. In this central area, a hot airflow (at about 800 ° C) is applied to the pelletized feedstock charge from a blower inlet 506 mediated, immediately below the conveyor 502 in the center of the main chamber area 503b is positioned. The hot oxygen from the air flowing through the carbon from the (now glowing red) hot source materials from the conveyor charge (at temperatures up to 1000 ° C) rapidly converts the carbon to carbon monoxide. An N 2 / CO plasma becomes immediately above the charge in the area from the blower inlet 506 maintained where it provides extremely high energy reactive species in the primary reduction zone.

Die Reduktion von Hämatit zu elementarem Eisen findet durch eine Serie von Reduktionsreaktionen statt, die durch die nachstehenden Gleichungen 6(a) bis 6(g) (ohne Ionisations-Äquivalente), dem allgemeinen Systemdruck und der allgemeinen Systemtemperatur und unter Bezug auf die lokale Ionisierungsumgebung von der Plasmazone, dem Reaktionsweg, der von der für die Aktivierung verfügbaren Energie abhängig ist, und dem Reaktionsmechanismus, ob Festphasen- oder Gasphasen-Reaktion, wiedergegeben werden kann: 1,5Fe2O3 + 0,5C ⇒ Fe3O4 + 0,5CO 6(a) Fe3O4 + C ⇒ 3FeO + CO 6(b) FeO + C ⇒ Fe + CO 6(c) 1,5Fe2O3 + 0,5CO ⇒ Fe3O4 + 0,5CO2 6(d) Fe3O4 + CO ⇒ 3FeO + CO2 6(e) FeO + CO ⇒ Fe + CO2 6(f) CO2 + C ⇒ 2CO 6(g) The reduction of hematite to elemental iron occurs through a series of reduction reactions represented by the equations 6 (a) to 6 (g) below (without ionization equivalents), the general system pressure and the general system temperature and with respect to the local ionization environment from the plasma zone, the reaction path, which depends on the energy available for activation, and the reaction mechanism, whether solid-phase or gas-phase reaction, can be represented: 1.5Fe 2 O 3 + 0.5C ⇒ Fe 3 O 4 + 0.5CO 6 (a) Fe 3 O 4 + C ⇒ 3 FeO + CO 6 (b) FeO + C ⇒ Fe + CO 6 (c) 1.5Fe 2 O 3 + 0.5CO ⇒ Fe 3 O 4 + 0.5CO 2 6 (d) Fe 3 O 4 + CO 3 FeO + CO 2 6 (e) FeO + CO ⇒ Fe + CO 2 6 (f) CO 2 + C ⇒ 2CO 6 (g)

Die Abzugsgase, die von den Reaktionen produziert werden, werden durch den Abgasauslass 507 abgesaugt und zur Hitzerückgewinnung oder der Regeneration des Luftstromes behandelt.The exhaust gases produced by the reactions are exhausted through the exhaust outlet 507 extracted and treated for heat recovery or regeneration of the air flow.

Das CO-Plasma wird von der Position her in dem Zentrum von der Reaktionskammer als Ergebnis der Lokalisation von dem heißen Luftstromeinlass 506 und der Positionierung der Hauptwellenleiter 505 der Mikrowellenbestrahlung aufrecht gehalten. Das schwammartige, feste reduzierte Eisen wird einer Abkühlung unterworfen, wenn es sich von der Plasmazone in Richtung auf den Auslassdrossel-Bereich 503c bewegt. Wenn das Eisen unter 950°C abkühlt, kann Stickstoff in die Atmosphäre von dem Auslassdrossel-Bereich 503c eingeleitet werden, um das Fördergerät 502 abzuschirmen und das reduzierte Eisen vor der Reoxidation zu schützen, welche durch freies O2 oder CO innerhalb der Abkühlungskammerumgebung resultieren könnte, die bei diesem niedrigen Temperaturverlauf zu CO2 umgewandelt werden, wobei das CO2 hier Stabilität aufweist.The CO plasma becomes positionally in the center of the reaction chamber as a result of the location of the hot airflow inlet 506 and the positioning of the main waveguides 505 maintained the microwave irradiation upright. The sponge-like, solid reduced iron is subjected to cooling as it moves from the plasma zone toward the outlet restrictor region 503c emotional. When the iron cools below 950 ° C, nitrogen may leak into the atmosphere from the outlet throttle area 503c be initiated to the conveyor 502 to shield and protect the reduced iron prior to reoxidation, which could result from free O2 or CO within the cooling chamber environment being converted to CO2 at this lower temperature profile, wherein the CO 2 has stability here.

BEISPIEL 7EXAMPLE 7

Dieses Beispiel beschreibt ausführlich einen weiteren Prozess zur Reduktion von Hämatit zu Eisen unter Anwendung einer Drehofen-Vorrichtung, wobei dieselbe grundlegende Präparation und Chemie wie in Beispiel 6 verwendet wurde. Die Vorrichtung, die für die Ausführung von dem Prozess verwendet wurde, ist in 8 dargestellt.This example describes in detail another process for reducing hematite to iron using a rotary kiln apparatus using the same basic preparation and chemistry as in Example 6. The device that was used for the execution of the process is in 8th shown.

Hämatit/Kohlenstoff-Pellets 601, die gemäß Beispiel 6 hergestellt wurden, wurden in eine Drehofen-Reaktionskammer 603 über eine Zuführungsöffnung 602 der Ausgangsstofffüllung eingespeist. Die Reaktionskammer 603 wurde über den Gaseinlass 606 mit einer Gasmischung aus 10% CO in N2 bei niedriger Geschwindigkeit beladen, wobei der Druck innerhalb der Reaktionskammer bei ungefähr 1 Atmosphäre aufrecht gehalten wurde.Hematite / carbon pellets 601 prepared according to Example 6 were placed in a rotary kiln reaction chamber 603 via a Zuführungsöff voltage 602 the starting material filling fed. The reaction chamber 603 was over the gas inlet 606 loaded with a gas mixture of 10% CO in N 2 at low speed while maintaining the pressure within the reaction chamber at about 1 atmosphere.

Die 28-Liter Reaktionskammer 603 wurde mit Mikrowellenstrahlung bei einer Leistung von annähernd 1.000 Watt und einer Frequenz von 2.450 MHz über einen Wellenleiter 605 bestrahlt, der in einem feststehenden Ende von dem Ofen positioniert war, wodurch ein CO/N2-Plasma durchgehend in dem zentralen (16 bis 20 Liter) Kernvolumen (nicht durch die sich drehende Füllung noch durch die schraubenförmigen Rippen 609 besetzt) von der sich drehenden Reaktionskammer 603 erzeugt wurde.The 28-liter reaction chamber 603 was irradiated with microwave radiation at a power of approximately 1,000 watts and a frequency of 2,450 MHz via a waveguide 605 irradiated, which was positioned in a fixed end of the furnace, whereby a CO / N 2 plasma throughout in the central (16 to 20 liters) core volume (not by the rotating filling nor by the helical ribs 609 occupied) of the rotating reaction chamber 603 was generated.

Die Mikrowellenstrahlung wurde abgemildert, um ein Schmelzen von der Füllung der Ausgangsstoffe zu verhindern, nachgewiesen und überwacht durch die Inspektion von dem Reduktionsprodukt-Ablauf, welcher aus der Reaktionskammer 603 über den Ablaufauslass 608 gezogen wurde. Es wurden sowohl die Produkte der festen als auch der gasförmigen Phase von dem Reaktionsprodukt aus dem Ablaufauslass 608 gezogen.The microwave radiation was attenuated to prevent melting of the feedstock charge, detected and monitored by the inspection of the reduction product effluent discharged from the reaction chamber 603 over the drain outlet 608 was pulled. Both the solid and gaseous phase products of the reaction product were discharged from the effluent outlet 608 drawn.

BEISPIEL 8EXAMPLE 8

Dieses Beispiel beschreibt ausführlich einen Prozess zur Reduktion von Hämatit (Fe2O3) zu einem Eisen-(Fe)Produkt mit niedrigem Kohlenstoffanteil unter Anwendung einer im Wesentlichen auf der Technik der so genannten Festphasen-Reduktion der Aufnahme im Flug („solid state reduction technique of in-flight entrainment") von feinem partikelförmigen Füllmaterial in einen Zyklonreaktor. Die Vorrichtung, die für die Ausführung von dem Prozess in diesem Beispiel verwendet wurde, ist in den 9(a) bis 9(c) dargestellt.This example describes in detail a process for reducing hematite (Fe 2 O 3 ) to a low carbon iron (Fe) product using essentially the technique of so-called solid phase reduction of aerial uptake ("solid state reduction technique of in-flight entrainment ") of fine particulate fill material into a cyclone reactor The apparatus used to carry out the process in this example is disclosed in U.S. Pat 9 (a) to 9 (c) shown.

Zuerst wurde Hämatit in einer partikelförmigen Form durch Mahlen zu einer Korngröße von weniger als 20 Mikrometer hergestellt und innig mit feiner brauner Aktivkohle gemischt, die auf eine Korngröße von weniger als 100 Mikrometer gemahlen war.First became hematite in a particulate Form by milling to a particle size of less than 20 microns prepared and intimately mixed with fine brown activated carbon, the to a grain size of less was ground as 100 microns.

Die Ausgangsstoffmischung aus Hämatit/Aktivkohle wurde anschließend mit einem Gebläseluftstrom, der auf über 400°C vorgewärmt war, durch einen Zykloneinlass 701, der an der Spitze von der Zyklon-Reaktionskammer 702 lokalisiert war, eingeblasen. Der Einlass 701 ist tangential zu dem zylinderförmigen oberen Wandbereich von der Reaktionskammer 702 derart angeordnet, dass die Einlass-Gebläseluft und das eingeblasene Füllmaterial der Ausgangsstoffe einem spiralförmigen Weg nach unten durch die Reaktionskammer 702 folgt.The hematite / activated carbon precursor mixture was then passed through a cyclone inlet with a forced air stream preheated above 400 ° C 701 which is at the top of the cyclone reaction chamber 702 was localized, injected. The inlet 701 is tangent to the cylindrical upper wall portion of the reaction chamber 702 arranged such that the inlet-blower air and the injected filler of the starting materials a spiral way down through the reaction chamber 702 follows.

Die Gebläseluft und die eingeblasene Füllung der Ausgangsstoffe wurden mit Mikrowellenstrahlung bei einer Frequenz von 2.450 MHz über einen Hauptwellenleiter 703 bestrahlt, der so angeordnet war, dass er die Luft und der Ausgangsstofffüllung bestrahlt, wenn sie entlang von dem Einlass 701 vor dem ordnungsgemäßen Eintritt in die Reaktionskammer 702 durchkommen. Die Leistung von der angewandten Mikrowellenstrahlung wurde reguliert, um die Temperatur von dem Gebläseluftstrom auf 1.000°C anzuheben, um damit sicherzustellen, dass freier Sauerstoff in den Druckgasen mit der feinen Aktivkohle von der eingeblasenen Füllungsmischung das O2 über Kohlendioxid (CO2) zu Kohlenmonoxid (CO) umwandelt. Der Druckbereich von dem Prozess wurde derart unterhalb des bevorzugten Druckmaximums von 300 kPa gehalten, dass das N2/CO-Plasma, das sich über die Öffnung hinaus und in der Zyklon-Reaktionskammer gebildet hatte, in dem oberen Bereich der Nichtgleichgewichtsbedingungen war, wobei die Luft auf eine entsprechende Temperatur angehoben wurde, um sicherzustellen, dass in der Gebläseluft verbliebener freie Sauerstoff (O2) und verbliebenes Kohlendioxid (CO2) mit der feinen Aktivkohle von der Mischung der Ausgangsstofffüllung reagiert, um diese zu Kohlenmonoxid (CO) umzuwandeln.The forced air and the injected filling of the starting materials were irradiated with microwave radiation at a frequency of 2,450 MHz via a main waveguide 703 irradiated, which was arranged so that it irradiates the air and the starting material filling, as they pass along the inlet 701 prior to proper entry into the reaction chamber 702 get through. The power from the applied microwave radiation was regulated to raise the temperature of the blower air stream to 1000 ° C to ensure that free oxygen in the fine activated carbon pressurized gases from the injected charge mixture converts the O 2 via carbon dioxide (CO 2 ) to carbon monoxide (CO) converts. The pressure range from the process was kept below the preferred maximum pressure of 300 kPa so that the N 2 / CO plasma that had formed beyond the port and in the cyclone reaction chamber was in the upper range of non-equilibrium conditions Air has been raised to an appropriate temperature to ensure that free oxygen (O 2 ) and residual carbon dioxide (CO 2 ) remaining in the forced air reacts with the fine activated carbon from the feedstock charge mixture to convert it to carbon monoxide (CO).

Die Ausgangsstofffüllung und die Luft wurden ferner bei weiteren Hauptmikrowellenleitern 704 an der Spitze von der Reaktionskammer 702 bestrahlt, die rund um die Umfangslänge von der Reaktionskammer 702 positioniert waren, wie in 9(b) angezeigt.The starting material filling and the air also became further main microwave conductors 704 at the top of the reaction chamber 702 irradiated around the perimeter of the reaction chamber 702 were positioned as in 9 (b) displayed.

Während die Frequenz von 2.450 MHz, die in dem vorliegenden Beispiel verwendet wurde, sich als wirksam und effizient in dem vorliegenen Beispiel erwies, wurde für Frequenzen oberhalb von 12 GHz gefunden, dass sie für diese spezifische Anwendung vorzuziehen sind.While the Frequency of 2,450 MHz used in the present example was found to be effective and efficient in the present example proved was for Frequencies above 12 GHz found that they are for this specific application are preferable.

In dem Milieu des Nichtgleichgewichts-N2/CO-Plasmas in Richtung zur Spitze von der Reaktionskammer wurde das Hämatit zu Magnetit, Fe3O4, unter Verwendung der außerordentlich energiereichen reaktiven CO+-Ionen für die hauptsächliche Reduktionsstimulation reduziert. Das Magnetit wurde nachfolgend zu der thermodynamisch stabilsten Eisenoxid-Phase, Wustit, FeO, reduziert, welche anschließend zu metallischem Eisen reduziert wurde. Jegliche Bildung einer flüssigen Phase durch exotherme Reaktionen wurde durch die „In-Flight" Kühlungsdynamik innerhalb der Reaktionskammer vermieden. Das reduzierte Produkt besaß eher das Erscheinungsbild einer Festphasenreduktion als das einer Rückverfestigung von einer reduzierten flüssigen Phase. Jeder Tendenz zur CO2-Erzeugung während der Abfolge der Reduktion wurde durch Boudouard-Vergasung zwischen verbliebenem eingeblasenen Kohlenstoff und CO2 entgegengewirkt, um CO (wie nach Gleichung 6(g)) in de Reaktionskammer 702 zu regenerieren.In the environment of non-equilibrium N 2 / CO plasma toward the top of the reaction chamber, the hematite was reduced to magnetite, Fe 3 O 4 , using the extremely high energy reactive CO + ions for the main reduction stimulation. The magnetite was subsequently reduced to the thermodynamically most stable iron oxide phase, Wustit, FeO, which was subsequently reduced to metallic iron. Any formation of a liquid phase by exothermic reactions was avoided by the "in-flight" cooling dynamics within the reaction chamber. The reduced product had more of the appearance of a solid phase reduction than that of a consolidation of a reduced liquid phase. Any tendency for CO 2 production during the Sequence of reduction was blown in by Boudouard gasification between remaining Carbon and CO 2 are counteracted to CO (as in Equation 6 (g)) in the reaction chamber 702 to regenerate.

Dieser CO-Regenerationsprozess wurde durch die Zugabe von weiterem feinen, freien Kohlenstoff über den Zykloneinlass 701 unterstützt. Das von dem CO2 produzierte CO kann für die weitere Reduktion in den verschiedenen Stadien von der Hämatit-Reduktion zu Eisen verwendet werden, und stellt ebenfalls einen Schutz gegen die Oxidation von dem Produkt aus elementarem Eisen bereit.This CO regeneration process was completed by the addition of additional fine, free carbon through the cyclone inlet 701 supported. The CO produced by the CO 2 can be used for further reduction in the various stages from hematite reduction to iron, and also provides protection against oxidation of the elemental iron product.

Die Reaktionen zur Erzeugung und zur Regeneration von CO sind endotherm und dementsprechend wurde weitere externe Energie benötigt, um die Temperatur innerhalb der Reaktionskammer aufrecht zu halten. Diese Energie wurde durch zusätzliche Mikrowellen-Leiter 705 geliefert, die rund um die Umfangslänge von der Reaktionskammer 702 in regelmäßigen Abständen positioniert waren. Ein typisches, in regelmäßigen Abständen um die Umfangslänge herum, angeordnetes Muster der zusätzlichen Wellenleiter 705 ist bildlich in 9(c) dargestellt. Die zusätzlichen Wellenleiter 705 stellten ebenfalls die Energie bereit, die für den letzten Reduktionsschritt von dem FeO zu metallischem Eisen benötigt wird, welcher beträchtlich mehr Energie benötigte, als die anfänglichen Reduktionsstadien.The reactions for generating and regenerating CO are endothermic, and accordingly, additional external energy was needed to maintain the temperature within the reaction chamber. This energy was provided by additional microwave conductors 705 delivered around the circumferential length of the reaction chamber 702 were positioned at regular intervals. A typical pattern of additional waveguides spaced at regular intervals around the circumference 705 is pictorial in 9 (c) shown. The additional waveguides 705 also provided the energy required for the last step of reduction of the FeO to metallic iron, which required considerably more energy than the initial stages of reduction.

Die reduzierten Eisenpartikel kühlten ab, wenn der spiralartige Weg durch den unteren konisch zulaufenden Bereich, unterhalb von der Wirkung von den verschiedenen Wellenleitern, der Reaktionskammer 702 hindurchkam, und als Ergebnis von der Masse der Eisenpartikel, die aus dem mitgerissenen Strom freigemacht wurden und in eine Sammelkammer 706 an dem Boden von der Reaktionskammer 702 fielen. Die Sammelkammer wurde mit CO ausgefüllt (oder wahlweise Inertgas), um das reduzierte Eisen vor der Oxidation zu schützen. Das feste Eisenprodukt, das von der Sammelkammer 706 erhalten wurde, war in der Form von Hartstahlpulver, welches einen relativ niedrigen Kohlenstoffanteil (0,3 Gew.-% bis 1 Gew.-%, verglichen zu Eisen) aufwies.The reduced iron particles cooled when the spiral path through the lower tapered region, below the action of the various waveguides, of the reaction chamber 702 came through, and as a result of the mass of iron particles, which were released from the entrained stream and into a collection chamber 706 at the bottom of the reaction chamber 702 fell. The collection chamber was filled with CO (or optionally inert gas) to protect the reduced iron from oxidation. The solid iron product coming from the collection chamber 706 was in the form of hard steel powder which had a relatively low carbon content (0.3 wt% to 1 wt% compared to iron).

Die Abzugsgase von den verschiedenen Reaktionen wurden über den Abgasauslass 707, der in dem Zentrum von der Spitze der Reaktionskammer 702 positioniert war, abgesaugt und auf die entsprechenden Gasbearbeitungssysteme (Entstauben, Schruppen, Gasregeneration falls zutreffend) abgeleitet. Die Abzugsgase bestanden hauptsächlich aus N2, CO und CO2.The exhaust gases from the various reactions were via the exhaust outlet 707 which is in the center of the top of the reaction chamber 702 was positioned, sucked and discharged to the appropriate gas processing systems (dedusting, roughing, gas regeneration if applicable). The exhaust gases consisted mainly of N 2 , CO and CO 2 .

Der Fachmann wird die Art und Weise anerkennen, in der die verschiedenen Formen der Reaktion unter Verwendung des durch Bestrahlung stimulierten Plasmas der vorliegenden Erfindung angewendet werden können.Of the Professional will recognize the way in which the various Forms of reaction using the stimulated by radiation Plasmas of the present invention can be applied.

SCHLÜSSEL ZU DEN FIGURENKEY TO THE FIGURES

11

  • EN:EN:
    CONVENTIONAL PLASMACONVENTIONAL PLASMA
    DE:DE:
    KONVENTIONELLES PLASMACONVENTIONAL PLASMA
    EN:EN:
    Telectrons T electrons
    DE:DE:
    TElektronen T electrons
    EN:EN:
    Tions Tions
    DE:DE:
    TIonen T ions
    EN:EN:
    Tneutrals T neutrals
    DE:DE:
    TNeutralpartikel T neutral particles
    EN:EN:
    MICROWAVE STIMULATED PLASMAMICROWAVE STIMULATED PLASMA
    DE:DE:
    MIKROWELLEN-STIMULIERTES PLASMAMICROWAVE stimulated PLASMA
    EN:EN:
    PRESSURE (kPa)PRESSURE (kPa)
    DE:DE:
    DRUCK (kPa)PRESSURE (kPa)

Claims (36)

Verfahren zum Reduzieren eines metallhaltigen Erzes oder Konzentrats, das die folgenden Schritte beinhaltet: Vorbereiten des genannten Erzes oder Konzentrats in eine partikuläre Form; Beschicken einer Reaktionskammer mit dem genannten Erz oder Konzentrat, einem Reduktionsmittel und einem Eingangsgas; Bestrahlen der genannten Reaktionskammer mit elektromagnetischer Strahlung in einem Frequenzbereich von 30 MHz bis 300 GHz, bis ein Plasma im Nichtgleichgewichtszustand angeregt wird, und Halten und Regulieren des genannten Plasmas im Nichtgleichgewichtszustand mit der genannten Strahlung, bis das genannte Erz oder Konzentrat reduziert ist, um ein Reduktionsprodukt zu erzeugen; dadurch gekennzeichnet, dass: Druck in der genannten Reaktionskammer während der Bestrahlung über 40 kPa und unter 300 kPa gehalten wird; und das genannte Reduktionsmittel ein kohlenstoffhaltiges Material enthält.A method of reducing a metal-containing ore or concentrate, comprising the steps of: preparing said ore or concentrate into a particulate form; Charging a reaction chamber with said ore or concentrate, a reducing agent and an input gas; Irradiating said reaction chamber with electromagnetic radiation in a frequency range of 30 MHz to 300 GHz until a plasma is excited in the non-equilibrium state, and maintaining and regulating said plasma in the non-equilibrium state with said radiation until said ore or concentrate is reduced To produce reduction product; characterized in that: pressure in said reaction chamber during irradiation is maintained above 40 kPa and below 300 kPa; and said reducing agent contains a carbonaceous material. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Druck etwa auf Atmosphärendruck gehalten wird.Method according to claim 1, characterized in that that said pressure is maintained at about atmospheric pressure. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Plasma in dem genannten Eingangsgas angeregt wird.Method according to claim 1, characterized in that that said plasma is excited in said input gas. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des genannten Eingangsgases während der genannten Strahlung zerfällt, wobei das genannte Plasma wenigstens teilweise in dem Zerfallsprodukt des genannten Eingangsgases angeregt wird.Method according to claim 1, characterized in that that at least part of said input gas during the decomposed radiation, wherein said plasma is at least partially in the decomposition product the said input gas is excited. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Reduktionsmittel ein mit dem genannten Erz oder Konzentrat gemischtes partikuläres kohlenstoffhaltiges Material enthält.A method according to claim 1, characterized in that said reducing agent is a par mixed with said ore or concentrate contains ticular carbonaceous material. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Reduktionsmittel Kohlenmonoxidgas enthält, wobei das genannte Eingangsgas das genannte Kohlenmonoxidgas enthält, wobei das genannte Plasma wenigstens teilweise in dem genannten Kohlenmonoxidgas angeregt wird.Method according to claim 1, characterized in that that said reducing agent contains carbon monoxide gas, wherein said input gas containing said carbon monoxide gas, wherein said plasma at least partially in said carbon monoxide gas is stimulated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Reduktionsmittel Kohlenmonoxidgas und ein partikuläres kohlenstoffhaltiges Material umfasst.Method according to claim 1, characterized in that that said reducing agent is carbon monoxide gas and a particulate carbonaceous one Material includes. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Reduktionsmittel ferner ein reaktives Metall umfasst.Method according to claim 1, characterized in that that said reducing agent further comprises a reactive metal. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Eingangsgas ein Inertgas enthält.Method according to claim 1, characterized in that that said input gas contains an inert gas. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Inertgas Argon oder Stickstoff umfasst.Method according to claim 1, characterized in that that said inert gas comprises argon or nitrogen. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Eingangsgas Luft umfasst.Method according to claim 1, characterized in that that said input gas comprises air. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Reduktionsmittel Methan enthält.Method according to claim 1, characterized in that that said reducing agent contains methane. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Strahlung Mikrowellenstrahlung ist.Method according to claim 1, characterized in that that said radiation is microwave radiation. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Erz oder Konzentrat ein direkt von abgebautem Erz abgeleites Konzentrat ist.Method according to claim 1, characterized that said ore or concentrate directly from mined Ore is derived concentrate. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Erz oder Konzentrat ein nicht von Erz abgeleitetes Konzentrat ist.Method according to claim 1, characterized that said ore or concentrate is not derived from ore Concentrate is. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Erz oder Konzentrat ein Konzentrat in Form eines von metallurgischen Bearbeitungsprozessen abgeleiteter Rückstand ist.Method according to claim 1, characterized in that that said ore or concentrate is a concentrate in the form of a residue derived from metallurgical processing is. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Reaktionskammer in Form eines Wirbelschichtreaktors ist.Method according to claim 1, characterized in that that said reaction chamber in the form of a fluidized bed reactor is. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Reaktionskammer in Form eines Ofens vorliegt, wobei das genannte Erz oder Konzentrat in einen in dem genannten Ofen platzierten Schmelztiegel geladen wird.Method according to claim 1, characterized in that that said reaction chamber is in the form of a furnace, said ore or concentrate being incorporated in one of Oven placed crucible is loaded. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Reaktionskammer in Form eines Drehofenreaktors vorliegt.Method according to claim 1, characterized in that that said reaction chamber in the form of a rotary kiln reactor is present. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Reaktionskammer in Form eines Zyklonreaktors vorliegt.Method according to claim 1, characterized in that that said reaction chamber is in the form of a cyclone reactor. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Reaktionskammer in Form eines förderergespeisten Reaktors vorliegt.Method according to claim 1, characterized in that that said reaction chamber is in the form of a conveyor Reactor present. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Erz oder Konzentrat zu einer pelletisierten partikulären Form vorbereitet wird.Method according to claim 21, characterized that said ore or concentrate becomes a pelletized particulate form is prepared. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Reduktionsprodukt von metallischer Form ist.Method according to claim 1, characterized that said reduction product is of metallic form. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte metallische Reaktionsprodukt in Form von Dampf vorliegt, wobei der genannte Dampf aus der genannten Reaktionskammer abgezogen und von während der genannten Reduktion erzeugten Gasen abgeschieden wird.Method according to claim 23, characterized that said metallic reaction product in the form of steam is present, said vapor from said reaction chamber subtracted and from during the said reduction produced gases is deposited. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Reduktionsprodukt eine Verbindung in einem reduzierten Oxidationszustand ist.Method according to claim 1, characterized in that that said reduction product is a compound in a reduced amount Oxidation state is. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Reduktionsprodukt durch Reduktion des genannten Erzes oder Konzentrats durch eine Reihe von nachfolgenden Reduktionsreaktionen gebildet wird.Method according to claim 1, characterized in that that said reduction product by reduction of said Ores or concentrate through a series of subsequent reduction reactions is formed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Verfahren den Schritt des Erzeugens von Kohlenmonoxid beinhaltet, wobei das genannte Plasma wenigstens teilweise in dem genannten Kohlenmonoxid angeregt und gehalten wird.Method according to claim 1, characterized in that that said method comprises the step of generating carbon monoxide wherein said plasma at least partially in said Carbon monoxide is excited and held. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Eingangsgas Luft enthält, wobei das genannte Reduktionsmittel partikuläres kohlenstoffhaltiges Material enthält und das genannte Kohlenmonoxid durch Reaktion von Sauerstoff in der genannten Luft mit dem genannten partikulären kohlenstoffhaltigen Material erzeugt wird.Method according to Claim 27, characterized that said input gas contains air, said reducing agent particulate contains carbonaceous material and said carbon monoxide by reaction of oxygen in said air with said particulate carbonaceous material is generated. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass des genannte Reduktionsmittel partikuläres kohlenstoffhaltiges Material enthält und das genannte Kohlenmonoxid durch die Reaktion von während der genannten Reduktion erzeugtem Kohlendioxid mit dem genannten partikulären kohlenstoffhaltigen Material erzeugt wird.A method according to claim 27, characterized in that said reducing agent contains particulate carbonaceous material and said carbon monoxide by the reaction of carbon dioxide generated during said reduction with said particulate carbon lenstoffhaltigen material is generated. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte partikuläre kohlenstoffhaltige Material in die genannte Reaktionskammer nach dem Anregen des genannten Plasmas eingeleitet wird, wobei des genannte Kohlenmonoxid durch die Reaktion von während der genannten Reduktion produzierten Kohlendioxids mit dem genannten eingeleiteten partikulären kohlenstoffhaltigen Material erzeugt wird.A method according to claim 27, characterized in that the said particulate carbonaceous material in said reaction chamber after initiating the said plasma, the said Carbon monoxide by the reaction of during said reduction produced carbon dioxide with the said particulate carbonaceous introduced Material is generated. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Eingangsgas Luft beinhaltet und partikuläres kohlenstoffhaltiges Material in die genannte Reaktionskammer nach dem Anregen des genannten Plasmas eingeleitet wird, wobei das genannte Kohlenmonoxid durch die Reaktion von Sauerstoff in der genannten Luft mit dem genannten eingeleiteten partikulären kohlenstoffhaltigen Material erzeugt wird.Method according to Claim 27, characterized that said input gas includes air and particulate carbonaceous Material in said reaction chamber after the excitation of said Plasma is initiated, said carbon monoxide by the reaction of oxygen in said air with said initiated particulate carbonaceous material is generated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Erz oder Konzentrat während der genannten Reduktion und während des Kühlens des genannten Reduktionsprodukts nach der Bestrahlung der genannten Reaktionskammer von einer nichtoxidierenden oder Inertgasumgebung umhüllt wird.Method according to claim 1, characterized in that that said ore or concentrate during said reduction and while of cooling said reduction product after the irradiation of said Reaction chamber is surrounded by a non-oxidizing or inert gas environment. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte nichtoxidierende oder Inertgas während des genannten Kühlens in die genannte Reaktionskammer eingeleitet wird.Method according to claim 32, characterized in that that said non-oxidizing or inert gas during the cooling mentioned is introduced into said reaction chamber. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Eingangsgas während des genannten Bestrahlungsschrittes durch das genannte Erz oder Konzentrat geleitet wird.Method according to claim 1, characterized in that that said input gas during the said irradiation step by said ore or concentrate is directed. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Eingangsgas aufwärts durch das genannte Erz oder Konzentrat geblasen wird.A method according to claim 34, characterized that said input gas is upwardly through said ore or concentrate is blown. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Eingangsgas vor dem Laden in die genannte Reaktionskammer vorerhitzt wird.Method according to claim 1, characterized in that said input gas prior to loading in said reaction chamber is preheated.
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